UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE CONSTRUÇÃO CIVIL
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
MICHEL JEAN BATISTA
INTEGRAÇÃO DE SIG E BIM
NO ESTUDO DE VIABILIDADE DE RODOVIA:
ESTUDO DE CASO DO PROLONGAMENTO DA PR-419
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
CURITIBA
2015
MICHEL JEAN BATISTA
INTEGRAÇÃO DE SIG E BIM
NO ESTUDO DE VIABILIDADE DE RODOVIA:
ESTUDO DE CASO DO PROLONGAMENTO DA PR-419
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como
requisito parcial à obtenção do título de Bacharel
em Engenharia Civil, do Departamento Acadêmico
de Construção Civil, da Universidade Tecnológica
Federal do Paraná.
Orientador: Profº. Dr. Jair Ferreira de Almeida
CURITIBA
2015
Sede Ecoville
Campus Curitiba – Sede Ecoville
Departamento Acadêmico de Construção Civil
Curso de Engenharia de Produção Civil
FOLHA DE APROVAÇÃO
INTEGRAÇÃO DE SIG E BIM
NO ESTUDO DE VIABILIDADE DE RODOVIA:
ESTUDO DE CASO DO PROLONGAMENTO DA PR-419
Por
MICHEL JEAN BATISTA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de
Civil, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, defendido e aprovado
em 01 de dezembro de 2015, pela seguinte banca de avaliação:
__________________________________
___
Prof. Orientador – Jair Ferreira de Almeida, Dr.
UTFPR
__________________________________
___
Profa. Rogério Francisco Küster Puppi, Dr.
UTFPR
___________________________________
_____
Prof. Clarice Farian de Lemos, Dra.
UTFPR
UTFPR - Deputado Heitor de Alencar Furtado, 4900 - Curitiba - PR Brasil www.utfpr.edu.br dacoc-ct@utfpr.edu.br telefone DACOC: (041) 3373-0623
Dedico este trabalho aos bravos colonos
que desbravaram os sertões, abrindo os
primeiros caminhos e em suas margens
construíram suas moradas.
Agradeço a Deus e Nossa Senhora da Conceição por iluminar meu caminho, nesta trajetória
de me tornar Engenheiro Civil.
Agradeço a Universidade Tecnológica Federal do Paraná – Aos professores, pelo incentivo e
dedicação.
Especial agradecimento a minha mãe, por todo carinho, dedicação e apoio na realização de
todos os meus sonhos.
Agradeço a toda a minha família, em especial a uma pequena flor, por toda sua compreensão
e apoio durante esta jornada.
BATISTA, Michel Jean.
Integração de SIG e BIM no estudo de viabilidade de rodovias:
Estudo de caso do prolongamento da PR-419. 2015. 58 f. Trabalho de Conclusão de Curso
(Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba,
2015.
Este trabalho busca analisar a aplicabilidade da integração entre o SIG (Sistema de
Informação Geográfica) e da metodologia BIM (Building Information Modeling) no Estudo
de Viabilidade de Rodovias,
para auxiliar na tomada de decisões quanto ao traçado que
proporcione menor impacto as edificações existentes na área de influência da rodovia.
Foram
coletados dados em campo da localização das edificações com características históricas ou
culturais, que atrelado a outros dados do Sistema de Informação Geográfica foram integrados
ao BIM. Realizando simulações de traçados, para verificação do funcionamento da ferramenta
de Geração de Corredor do Infraworks. Com os resultados obtidos nas simulações, foi
possível verificar conflitos gerados por novos traçados nas edificações. As análises de
conflitos através da adoção destas novas tecnologias poderão servir de suporte ao Estudo de
Viabilidade na redução de custos em projetos de Rodovias.
BATISTA, Michel Jean.
Integration of GIS and BIM in highway feasibility study : Study
case of extension PR-419. 2015. 58 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em
Engenharia Civil) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba,
2015.
This work presents evaluation of the integration of GIS (Geographic Information System) and
BIM (Building Information Modeling)
methodology in Highway Feasibility Study,
to assist
in decision-making concerning the alignment that provides less impact existing buildings in
the influence area of highway. We collected field data of location these buildings with
historical or cultural characteristics that combined to other Geographic Information System
data were integrated into the BIM.
Performing simulations of alignment for checking the
function of Infraworks corridor generation tool. With the results obtained in the simulations, it
was possible to verify conflicts generated by new alignment at the buildings. Analyses of
conflicts through the adoption of these new technologies may provide support for the
feasibility study at cost reduction in Highways projects.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 - Faixas de Restrições das Rodovias
...15
FIGURA 2 - Constelação GPS ...17
FIGURA 3 - Áreas Mapeadas pelo SRTM ...19
FIGURA 4 - Modelos de Precisão em Arcos Segundos ...20
FIGURA 5 - Ciclo de Vida da Edificação ...22
FIGURA 6 - Curva de Macleamy ...23
FIGURA 7 - Benefícios na Implantação no Bim ...24
FIGURA 8 - Ciclo de Vida do BIIM ...25
FIGURA 9 - Detalhe do Mapa Multimodal do Paraná ...27
FIGURA 10 – Foto do Trecho da Rodovia mostrando uma Plantação de Pinus ...28
FIGURA 11 – Rota Alternativa Proposta Pela Policia Rodoviária Federal ...29
FIGURA 12 - Rota Alternativa Em Estudo
.
...29
FIGURA 13 - Distribuição Dos Edifícios No Terraflex
.
...31
FIGURA 14 – Foto da Casa de Madeira de Família Polonesa ...31
FIGURA 15 – Foto da Ponte do Rio Negro com Torre de Alta Tensão ...32
FIGURA 16 – Foto da Ponte do Rio Negro com Araucária ...32
FIGURA 17 – Foto dos Detalhes de Elementos Cadastráveis ...33
FIGURA 18 – Representação Tridimensional no Infraworks ...34
FIGURA 19 – Proposta de Traçado no Software Quantm
.
...35
FIGURA 20 – Foto da Vista Frontal da Casa Polonesa ...36
FIGURA 21 – Foto da Vista Lateral da Casa Polonesa ...36
FIGURA 22 – Foto de Edificação Mista de Alvenaria em Papanduva ...37
FIGURA 23 – Foto da Casa de Madeira em Sobrado ...37
FIGURA 24 – Foto da Casa de Madeira em Sobrado ...38
FIGURA 25 – Foto do Parque do Moinho ...38
FIGURA 26 – Foto da Casa de Madeira em Pinhal ...39
FIGURA 27 – Foto da Edificação Mista de Alvenaria em Pinhal
.
...39
FIGURA 28 – Posição do Cadastro das Edificações ...40
FIGURA 29 – Posição Ajustada no Google Earth ...40
FIGURA 30 – Gráfico da Localização das Edificações ...41
FIGURA 32 – Gráfico com Método Construtivo das Edificações ...42
FIGURA 33 - Seleção da Área do Estudo ...43
FIGURA 34 - Modelo Tridimensional de Edificação ...44
FIGURA 35 - Mapa de Adequabilidade das Edificações ...44
FIGURA 36 - Gradiente de Custo do Infraworks ...45
FIGURA 37 - Caminho para Estudo de Traçado ...45
FIGURA 38 - Traçado Gerado pela Simulação 1 ...47
FIGURA 39 - Traçado Gerado pela Simulação 2 ...47
FIGURA 40 - Desvio de Traçado na Simulação 2 ...48
FIGURA 41 - Traçado Gerado pela Simulação 3
.
...49
FIGURA 42 - Visão Geral dos Traçados ...50
FIGURA 43 - Análise Visual dos Traçados. ...50
FIGURA 44 - Conflito do Traçado com uma Edificação
.
...51
FIGURA 45 – Faixa de Adequabilidade para Correção Geométrica
.
...52
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SIGLAS
ASI – Agenzia Spaziale Italiana
BIM – Building Information Modeling
BIIM – Building Information Infrastrucure Modeling
DEM - Digital Elevation Model
DER – Departamento de Estradas de Rodagem
DLR – Deustches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura Terrestres
DoD – United States Department of Defense
EVTEA – Estudos de Viabilidade Técnica, Econômica e Ambiental
GNSS – Global Navigation Satellite System
GLONASS – Global'naya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema
GPS – Global Positioning System
MDE – Modelo Digital de Elevação
MDT – Modelo Digital de Terreno
MNT – Modelo Numérico de Terreno
NASA – National Aeronautics and Space Administration
NGA – National Geospatial-Intellingence Agency
NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration
SIG – Sistema de Informação Geográfica
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ...10
1.1 OBJETIVO GERAL ...11
1.2 OBJETIVO ESPECIFICO ...11
1.1 JUSTIFICATIVA ...11
2.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...13
2.1 ESTUDO DE VIABILIDADE ...13
2.2 SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA ...16
2.3 BUILDING INFORMATION MODELING ...21
2.3.1 BIM Aplicado em Projeto de Infraestrutura ...23
3.MATERIAIS E MÉTODOS ...27
3.1 OBJETO DE ESTUDO ...27
3.2 SOFTWARES UTILIZADOS ...30
3.2.1 SIG – Trimble Terraflex e Google Earth ...30
3.2.1 BIM – Autodesk Infraworks ...33
4. RESULTADOS E DISCUSÕES ...36
4.1 LEVANTAMENTO DE CAMPO ...36
4.2 MODELAGEM TRIDIMENSIONAL ...43
4.3 ANÁLISE DAS SIMULAÇÕES DE TRAÇADO DA RODOVIA ...46
4.3.1 Simulação 1 ...46
4.3.2 Simulação 2 ...47
4.3.3 Simulação 3 ...48
5. CONCLUSÃO ...53
REFERÊNCIAS ...54
APÊNDICE A ...59
APÊNDICE B ...69
APÊNDICE C ...79
1 INTRODUÇÃO
A busca por prazos menores e exigências na qualidade dos projetos, gerou
uma necessidade das empresas que buscam excelência, em adotar novas
metodologias de trabalho, garantindo a qualidade dos projetos, dentro do prazo
reduzido exigido pelo mercado. Uma das alternativas é a utilização de metodologias
automatizadas através de banco de dados e visualizadores 3D, que integram dados
provenientes de todas as disciplinas envolvidas no projeto (OKU, 2009).
Aplicações de novas tecnologias proporcionam o aperfeiçoamento de
técnicas, melhoraram a qualidade dos estudos e dos projetos de engenharia.
Segundo Park et. al. (2014), BIM e SIG são poderosas tecnologias utilizadas no
processo do projeto, proporcionando uma melhoria em todo o ciclo do projeto.
O campo de aplicações da integração entre BIM e SIG é tão vasto que não é
possível estabelecer um procedimento padrão comum de integração que seja
consenso internacional. Várias iniciativas ao redor do mundo têm assumido
caminhos distintos na integração da informação, em razão de suas necessidades
peculiares (PRZYBYLA, 2010 apud ALMEIDA; ANDRADE, 2015).
Este trabalho busca analisar a aplicabilidade da integração entre BIM e SIG
no Estudo de Viabilidade, para auxiliar na tomada de decisões quanto ao traçado
que proporcione menor impacto as edificações existentes na área de influência da
rodovia.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo geral analisar a aplicabilidade da integração
SIG e BIM no estudo de viabilidade de uma rodovia não pavimentada e verificar a
utilização desta metodologia na redução de impacto em edificações com relevância
histórica e/ou cultural na etapa preliminar do projeto.
1.1.2 Objetivos Específicos
Para que seja possível realizar o estudo proposto, tem-se como objeto de
estudos os seguintes objetivos específicos:
Realizar o cadastro de edificações históricas e/ou de importância cultural ao
longo de uma rodovia não pavimentada (Prolongamento da PR-419, Agudos
do Sul – Bateias de Baixo).
Analisar a aplicabilidade de novas tecnologias no estudo de viabilidade,
através da modelagem tridimensional da superfície e das edificações em
metodologia BIM integrada com dados do SIG,
Realizar simulações de traçados através de metodologia BIM e verificar a
influência destas edificações no estudo de traçado.
1.2 JUSTIFICATIVA
As infraestruturas tornaram-se maiores e mais complexas, existe uma
necessidade crescente para a aplicação de BIM para as áreas de gerenciamento de
projeto construção e engenharia. Contudo, os métodos convencionais continuam
sendo usados nas fases iniciais de construção de estradas (Park. et. al, 2014).
Devido ao benefício desta tecnologia, atualmente grandes instituições
brasileiras exigem que os projetos sejam entregues em BIM, como é o caso do
Exército brasileiro, Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT) e
a Petrobrás. O Governo do Paraná pretende, até 2018, fazer com que todas as
obras públicas sejam executadas pelo sistema BIM.
Ambiental é o estudo que precede todos os projetos de engenharia, nesta fase do
empreendimento, a capacidade de influenciar o custo é maior, sendo mais fácil uma
intervenção na fase inicial do projeto do que ao longo da obra. Segundo Melo
(2014), vários autores possuem um consenso ao afirmar que as fases iniciais são de
extrema importância para obter um processo de qualidade na execução de uma
obra. Sendo assim, são nessas fases que se encontram a possibilidade de
engrandecer o desenvolvimento através da definição, da possível redução dos
custos futuros e do gerenciamento de projetos, a fim de evitar conflitos e erros que
seriam eminentes no decorrer da obra.
Desta forma, este trabalho visa analisar a integração de SIG e BIM no
estudo de viabilidade em projetos rodoviários, devido a exigências de mercado, onde
todos deve se adaptar a estas novas metodologias. Além de proporcionar a
disseminação e conhecimento destas tecnologias na melhoria em projetos futuros.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 ESTUDO DE VIABILIDADE
O Estudo de Viabilidade Técnica, Econômica e Ambiental (EVTEA), para o
DNIT, compreendem o conjunto de estudos necessários à verificação da existência
de viabilidade técnica, econômica e ambiental para a execução de uma determinada
obra de infraestrutura de transportes ou conjunto delas, principalmente nos estudos
de tráfego, capacidade da rodovia e seu nível de serviço, aliados às pesquisas
complementares e outras similares, bem como aos demais trabalhos e estudos de
engenharia, socioeconômicos e ambientais necessários (DNIT, 2009).
Entre as primeiras atividades a serem realizadas na elaboração do EVTEA,
está o Relatório Técnico Fotográfico e de Levantamento de Projetos de Engenharia,
que deve ser totalmente georreferenciado, devendo ser utilizado GPS de navegação
para coleta de dados (DNIT, 2009). Além de auxiliar na etapa de estudos estes
dados poderão ser utilizados, posteriormente, na elaboração do anteprojeto, como
uma ferramenta de auxílio na tomada de decisão.
Para fins de elaboração do anteprojeto e viabilidade de implantação de uma
rodovia ou melhoria de rodovia existente, os projetistas precisam analisar as
inúmeras variáveis espaciais envolvidas, tais como: interferências urbanas; rios e/ou
bacias transpostos; existência de pontes, galerias e bueiros; passivos ambientais
existentes, entre outras (DER/PR, 2006). Para garantir a consistência de dados e
servir de apoio a decisão, todas estas variáveis necessitam de uma representação
geográfica mais próxima possível da realidade.
A fim de obter estes dados, o cadastro rodoviário é o conjunto de registros
resultantes de levantamentos realizados na rodovia, e em sua área de influência, de
modo a obter os elementos necessários ao desenvolvimento dos estudos e projetos
pretendidos (DNIT, 2006).
Em rodovias, o estudo de traçado é uma das fases preliminares do projeto.
Podendo ser subdividido em duas etapas: reconhecimento e exploração. A definição
de traçado apresentado por Lee (2008) é necessária para um melhor entendimento
da etapa de reconhecimento e segundo o autor, traçado é a linha que constitui o
projeto geométrico da via em planta e perfil.
se possa gerar o melhor traçado, que resulte em uma alternativa técnica e
economicamente viável, já a etapa de exploração visa o detalhamento desse
itinerário para a obtenção de uma planta altimétrica. Neste estudo além dos pontos
iniciais e finais, poderão ser estabelecidos pontos intermediários, sendo os pontos
obrigatórios de condição, que são de ordem sociais, econômica ou estratégica e os
pontos obrigatórios de passagem, na qual são de ordem técnica (LEE, 2008).
Ainda, segundo Lee (2008), o trabalho de reconhecimento pode ser efetuado
de diferentes formas, sendo os principais processos de reconhecimento os exames
de mapas e cartas da região, inspeção in loco, exames de fotografias aéreas, de
cartas imagens de radar e imagens obtidas por satélite.
De acordo com Lee (2008), a inspeção in loco é o processo mais eficiente
para reconhecimento da área atingida pelo traçado, proporcionando noções
qualitativas em relação ao uso do solo, características do entorno, potenciais
problemas de ordem ambiental e outras informações que podem auxiliar no
balizamento da diretriz para o projeto. No entanto, segundo o mesmo autor, a
utilização de imagens tende a expandir à medida que evolui a tecnologia de
captação, armazenamento e disponibilização de imagens atualizadas, com
resoluções maiores e a um custo mais acessíveis.
Segundo DNIT (2005), a distribuição dos impactos das rodovias tem
características muito mais amplas do que os ocasionados por outros meios de
transporte. Com efeito, os veículos rodoviários se diferenciam dos outros modais
pela grande flexibilidade de deslocamento. Esta flexibilidade amplia enormemente a
área de influência dos impactos, englobando toda a rede rodoviária contribuinte da
estrada em estudo.
O estudo de impactos de maiores dimensões devem ser realizado durante a
elaboração do Planejamento e Estudo de Viabilidade Viário, na faixa denominada
Área de Influência Indireta da Rodovia. Os impactos que causam perda direta se
concentram na Área de Influência Direta, área envolvente da faixa de domínio da
rodovia e as microbacias de drenagem, até 1,5 ou 2 km de afastamento do eixo,
nesta faixa mais estreita os problemas que causam perdas (tanto da rodovia, como
de moradores e proprietários vizinhos) através dos assoreamentos, erosões,
desapropriações, segregação urbana, etc (DNIT, 2005).
De acordo com o DER/PR (2015), a Faixa de domínio é a área onde está
instalada a pista e espaços laterais, que pertencem ao Estado (patrimônio público) e
são de responsabilidade exclusiva do órgão competente. Pode ser definido, também,
como um conjunto de áreas, declarada de utilidade pública, destinadas a construção
e operação da rodovia. Os limites da faixa de domínio têm sua largura variada
conforme cada rodovia e são normatizados por Decreto. Além dessa faixa, torna-se
obrigatória uma reserva de mais 15 metros para cada lado da faixa de domínio (faixa
non aedificandi) na qual não se pode construir.
A Faixa non aedificandi, segundo DNIT (2005), tem por finalidade proibir a
construção de qualquer natureza em zonas urbanas, suburbanas, de expansão
urbana ou rural, em faixa de reserva de 15 metros, adjacente a cada lado da faixa de
domínio da rodovia, conforme preconizado na Lei Federal 6766, de 1979. Caso o
proprietário lindeiro não atenda ao recuo de 15 metros, o mesmo poderá sofrer ação
judicial de natureza demolitória, actio de opere demoliendo, ainda que tivesse
autorização da Prefeitura Municipal local, a qual seria responsabilizada como
liticonsorte. Porém, para aquelas construções construídas nas faixas non aedificandi
antes da vigência da lei, bem como aquelas que ali se encontravam antes da
execução de um projeto de uma nova estrada, devem ser indenizadas para que
sejam demolidas. Portanto, fica bem claro que para construções edificadas
anteriormente ao advento da lei, sua demolição depende da prévia indenização ao
proprietário, ao passo que para as construções realizadas após a vigência da lei
nenhuma indenização é devida, posto que, será considerada ilegal a edificação.
Para uma melhor compreensão, a Figura 1 ilustra as faixas de restrições das
rodovias.
Figura 1 – Faixas de restrições das rodovias
Fonte: EGR (2015).
2.2 SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA (SIG)
Segundo Loch (2006 apud Guerra, 2007), devido a necessidade de checar o
espaço geográfico com objetivos militares para navegação marítima e conhecimento
das feições da superfície terrestre surgiu o SIG. Efetivou-se na década de 1960
devido a disponibilidade de computadores. Tendo outro grande impulso na evolução
na década de 1990, por meio da busca de soluções em relação a dados
georreferenciados, para atender demandas de particulares, visto o aumento de
competitividade contemporânea.
Segundo Silva (2006),
“SIG é um sistema que permite a integração,
manipulação, analise e visualização de um tipo particular de dados
– a informação
geográfica – e seus atributos”.
Nos últimos anos tem sido cada vez maior o interesse em se realizar o
posicionamento de feições terrestres com alta acurácia. Nesse sentido, as
tecnologias espaciais vêm sendo amplamente empregadas. O GNSS
(Global Navigation Satellite System), uma das tecnologias espaciais de
posicionamento
mais
avançadas
que
surgiu
recentemente,
tem
revolucionado as atividades relacionadas com posicionamento. Os
principais sistemas globais que compõem o GNSS são: GPS (Global
Positioning
System),
GLONASS
(Global'naya
Navigatsionnaya
Sputnikovaya Sistema), Galileo e mais recentemente o Beidou/Compass
(ALVES et al., 2013).
“O Sistema de Posicionamento Global (GPS) foi criado pelo Departamento
de Defesa dos Estados Unidos da América na década de 1970 para uso militar,
porém, por volta de 2005 foi liberado para utilização civil” (CANALLE, 2011 apud
CORAZZA, 2014).
Segundo Carvalho (2013), o GPS tem como principal objetivo transmitir
informações de tempo e distância permitindo navegação de precisão
(posição, velocidade e direção) contínua e global, em tempo real e sob
quaisquer condições atmosféricas. Composto por uma rede de 27 satélites,
24 operacionais + 3 extras, para o caso de avaria de algum dos primeiros,
distribuídos em 6 planos orbitais. Comparando o tempo em que os sinais
foram transmitidos dos satélites e o tempo que demoraram a ser recebidos,
o receptor GPS calcula a distância a cada satélite, sendo no mínimo
processada à distância de três ou mais satélites (depende do receptor
GPS), que resultará na sua posição na superfície da terra. Quantos mais
satélites, mais preciso fica o cálculo do posicionamento geográfico. Com
estas distâncias medidas, o receptor também poderá calcular a velocidade
média em determinado trajeto, distância percorrida, altitude do local
determinado para além de outros parâmetros.
De acordo com Canalle (2011 apud CORAZZA, 2014) os sinais enviados
pelos satélites aos receptores GPS, possibilitam o cálculo da distância em relação a
cada satélite, pelo intervalo de tempo entre o local e os sinais que foram enviados,
essa distância é denominada de Pseudodistância, capaz de realizar a triangulação
das posições e identificar a coordenada geográfica da posição do aparelho.
A rede de satélites GPS é demostrada na Figura 2.
Figura 2 – Constelação GPS
Fonte: NOAA (2015).
“O crescimento da capacidade de processamento e armazenamento de
dados dos computadores e a evolução do SIG encontra-se em um estágio no qual é
possível trabalhar em extensas áreas com alta resolução espacial, sem perda
significativa do tempo de processamento envolvido” (GROHMANN et al., 2008).
Com este advento a obtenção de imagens orbitais com alto grau de detalhe
e precisão tem se tornado cada vez mais comum. Um exemplo a ser citado
são os MDE (Modelos Digitais de Elevação) obtidos através do radar SRTM
(Shuttle Radar Topography Mission) criado com o objetivo de obter
informações altimétricas da superfície terrestre gerando uma base para
estudos espaciais diversos (VITAL et. al., 2010).
A missão Shuttle Radar Topography Mission (SRTM - Farr e Kobrick, 2000;
van Zyl, 2001; Rabus et al., 2003; Farr et al., 2007 apud GROHMANN et al.,
2008) foi realizada em conjunto pela agência espacial norte-americana
(National Aeronautics and Space Administration - NASA), a National
Geospatial-Intellingence Agency (NGA), o Departamento de Defesa dos
Estados Unidos (DoD) e as agências espaciais alemã (Deustches Zentrum
für Luft- und Raumfahrt - DLR) e italiana (Agenzia Spaziale Italiana - ASI)
em fevereiro de 2000, para mapear o relevo da área continental da Terra
com interferometria de radar de abertura sintética (InSAR), entre 60º de
latitude norte e 54º de latitude sul, o que corresponde à aproximadamente
80% das áreas emersas do planeta.
A Figura 3 representa a área de cobertura da missão, as cores das faixas
indicam o número de vezes que a área foi fotografada pelo SRTM. As áreas em
vermelho não foram mapeadas e as pequenas áreas de águas foram coletados para
fins de calibração (NASA, 2005).
Figura 3 – Áreas mapeadas pelo SRTM
Fonte: NASA (2005).
Os dados brutos foram processados pela NASA e, apesar de obtidos com
resolução espacial de 1 segundo de arco (aproximadamente 30 m no
equador), estão disponíveis com este nível de detalhe apenas para a área
dos Estados Unidos. Para os outros países, houve uma reamostragem dos
dados para 3 segundos de arco (aproximadamente 90 m) de resolução
espacial. O produto final possui precisão vertical global de ±16 m e
horizontal de ±20 m (Rabus et al., 2003 apud GROHMANN et al., 2008).
Para a América do Sul, a precisão vertical é de 6,2 m e a horizontal de 9,0
m (Rodriguez et al., 2006 apud GROHMANN et al., 2008).
A partir do final de 2014 os dados de 1 arco por segundo do restante do
globo, incluindo o território brasileiro, foram disponibilizados publicamente via
internet, através do Earth Explorer, melhorando os estudos através de dados SRTM
mais precisos. Segundo Autodesk (2015), a medida de Arco Segundo é uma
medida angular que pode ser planificada em UTM, os dados de 90m e 30m podem
variar conforme a planificação UTM que você estiver adotando, conforme Figura 4.
Figura 4 – Modelos de precisão em arcos segundos
Fonte: Autodesk (2015).
Deve-se levar em conta que o resultado das técnicas empregadas na
missão SRTM é a geração de Modelos Digitais de Elevação (MDE), pois os
sinais de radar são refletidos, por exemplo, pelo dossel das árvores em
áreas densamente florestadas e não pelo terreno subjacente. Os termos
Modelo Digital de Terreno (MDT) e Modelo Numérico de Terreno (MNT)
devem ser reservados para casos onde o modelo é produzido a partir de
valores de altitude do nível do solo, obtidos, por exemplo, em mapas
topográficos (curvas de nível), levantamentos por GPS ou por altimetria a
laser (LiDAR) (GROHMANN et al., 2008).
Os dados derivados do radar SRTM tem um vasto campo de aplicação e
utilidade para as ciências da Terra, podem ser utilizados como base cartográfica
para levantamento de campo sendo capaz de auxiliar na delimitação automática de
bacias hidrográficas, extração de níveis hipsométricos, curvas de nível, criação de
perfis topográficos, etc (VITAL et al.,2010).
2.3 BUILDING INFORMATION MODELING
Desde os finais da década de 70 que o conceito BIM tem sido promovido
através das teorias desenvolvidas pelo Professor Charles M. Eastman, sendo ele o
impulsionador do conceito (YESSIOS, 2004 apud FERNANDES, 2014).
A sigla BIM vem do inglês “Building Information Modeling”, e pode ser
traduzida para o português como: “Modelagem de Informação da
Construção”. Essa “Modelagem da Informação”, é uma nova metodologia de
trabalho altera alguns paradigmas existente na indústria de construção.
Objetiva-se com o BIM criar um único modelo inteligente que contenha
todas as informações referentes a uma construção que vão desde sua fase
de concepção até a sua utilização propriamente dita. O BIM, portanto, é na
verdade “um novo método de se criar, usar e compartilhar todos os
documentos contidos no ciclo de vida de uma construção. Desta forma, o
BIM não se trata de um programa específico, mas sim, de uma nova
metodologia de trabalho” (EASTMAN et al. 2011 apud BRANDÃO;
FERREIRA, 2015).
“A Modelagem de Informação da Construção (BIM) é um processo baseado
em modelos tridimensionais inteligentes que possibilita a criação e o gerenciamento
de projetos de edificações e infraestrutura de maneira mais rápida, mais econômica
e com menor impacto ambiental” (MELLO, 2012).
O conceito BIM assenta, essencialmente, numa metodologia de partilha da
informação entre todos os intervenientes, durante as fases do ciclo de vida
de um edifício (projeto, construção, manutenção, demolição). Esse modelo
de informação digital além de conter dados sobre as características
geométricas dos elementos que compõem o edifício, também inclui as suas
propriedades e atributos, sejam elas propriedades mecânicas, sejam o
prazo ou o custo da construção. Igualmente importantes são a capacidade
para guardar informação paramétrica com relações entre os diversos
elementos bem como o apoio aos fluxos de trabalho funcionais entre as
diversas atividades do processo construtivo. (LINO et al., 2012).
O modelo de informação serve a diferentes finalidades ao longo do ciclo de
vida do empreendimento, desde o planejamento inicial até a operação e manutenção.
A garantia de continuidade do modelo de uma etapa para a outra possibilita redução
de erros e maximiza ganhos para todos os elos da cadeia (MELLO, 2012).
Figura 5. Ciclo de vida da edificação
Fonte: Mello (2012).
A Figura 5 representa todas as fases do ciclo de vida de um edifício. Em
amarelo a macro fase de projeto, em laranja a de construção e em vermelho a de
operação e manutenção. Em um período de 20 anos, segundo estudos
norte-americanos, a etapa de projeto corresponde a aproximadamente 5% dos custos de
um empreendimento, a etapa de construção a cerca de 25% e a de operação e
manutenção a cerca de 70% (MELLO, 2012).
Todas as informações são inclusas num banco de dados de um modelo
único, virtual, tridimensional e parametrizado o qual agrega através da
interoperabilidade e cooperação todas as disciplinas participantes do
processo projetual, e permite a compatibilização entre as mesmas, de forma
a verificar grande parte das falhas que seriam descobertas somente na
execução. Uma vez que estes erros são eliminados, reduzem as chances
de surpresas e improvisos nas obras. Além do mais, a simulação virtual das
fases construtivas, proporciona um planejamento eficiente e engrandecedor
de toda a logística do projeto em interação com o canteiro de obras,
diminuindo de forma significativa o prazo de execução e os custos finais do
empreendimento. (ROCHA, 2011 apud MELO, 2014).
Papadopoulos (2014), demonstra a curva de MacLeamy, gráfico que
demonstra a influência das alterações de projeto no custo final do empreendimento
em determinada etapa da construção, a curva 1 mostra o potencial de impactar o
custo e o desempenho de um empreendimento. A curva 2 exibe o custo de
mudanças de projeto. A curva 3 exibe a quantidade de participação dos projetistas
no projeto na metodologia tradicional, enquanto na curva 4 representa o mesmo
para a metodologia BIM. Note que a participação dos projetistas que utilizam a
metodologia BIM é maior nas fases iniciais, ou seja, as maiores alterações são feitas
enquanto o custo delas é baixo. Enquanto isso na metodologia tradicional, as
alterações são feitas durante a construção, pois certos problemas não puderam ser
detectados anteriormente. Essas alterações certamente serão muito mais caras.
Figura 6 – Curva de MacLeamy
Fonte: Adaptado do original de Patrick MacLeamy (Eastman et al., 2010 apud Papadopoulos, 2014).
2.3.1 BIM aplicado em projeto de infraestrutura.
“A utilização de ferramentas inteligentes baseadas em modelo BIM é ideal
para obter uma visão mais precisa, acessível e realística de todo o ciclo de vida dos
projetos de infraestrutura” (AUTODESK, 2015).
Mc-Graw-Hill Construction questionou algumas empresas que atuam no segmento de
empreendimentos relacionados à infraestrutura, sobre as principais vantagens da
implantação do BIM em obras de infraestrutura, o percentual de aplicação do
conceito pelo setor no período de 2009 a 2011, e a previsão de utilização em 2013,
conforme Figura 7.
Figura 7 – Benefícios na implantação do BIM em sistemas de Infraestrutura
Fonte: Mc-Graw-Hill Construction (2012 apud Radüns e Pravia, 2013).
O resultado da pesquisa revelou que as obras que utilizam o conceito
possuem uma redução de: 22% no custo de construção, 33% no tempo de
projeto e execução do empreendimento, de 33% nos erros em documentos,
38% de reclamações após a entrega da obra ao cliente e 44% nas
atividades de retrabalho. Verificou-se também o crescente desejo de
ampliação da inserção do conceito BIM em obras de infraestrutura, como é
visto no gráfico acima, que demonstra que em apenas quatro anos, a
aplicação triplicou (RADÜNS; PRAVIA, 2013).
Segundo Radüns e Pravia (2013), as premissas do Building Information
Infrastrucure Modeling (BIIM), metodologia BIM na área de infraestrutura, buscam
considerando as características e necessidades dos sistemas horizontais, conforme
Figura 8.
Figura 8 – Ciclo de vida do BIIM
Fonte: Radüns e Pravia (2013).
Abordando apenas a fase de projeto do BIIM, fase que segundo Radüns e
Pravia (2013) a ferramenta enquadra-se nos seguintes pontos:
Dimensão 2D: verificar as condições e características dos ambientes e locais
próximos e o real espaço disponível para a implantação do empreendimento.
Dimensão 3D: elaboração de um modelo 3D do empreendimento, com
inclusão das coordenadas geográficas e melhor localização da instalação do
mesmo.
Dimensão 4D: o planejamento pode ser realizado por meio de uma análise
profunda do projeto executivo, avaliando o impacto daquele empreendimento
com o meio, otimizando o investimento ainda na fase de projeto.
Dimensão 5D: Os custos totais do empreendimento pode ser gerados devido
a quantidade de insumos necessários de acordo com ao banco de dados de
materiais previamente cadastrados.
Dimensão 6D: A criação de um banco de dados integrado, com acesso em
tempo real de todos os materiais, equipamentos, especificações, produtos,
quantidades, custos, tornam o projeto vasto de informações que podem ser
utilizadas nas fases posteriores, além de contribuir com a padronização do
processo.
A dimensão 7D não foi abordada pelos autores.
Segundo Brandão e Ferreira (2015), órgãos governamentais como, o
Departamento Nacional de Infraestrutura e Transportes
– DNIT, autarquia
federal, que executa obras de infraestrutura rodoviária, ferroviária, e
hidroviária, tem reconhecido os benefícios do uso do BIM, no projeto e
construção de estradas, quando afirma que seu uso facilita e torna mais
eficiente à transição de projetos e a execução de obras de engenharia. Para
o DNIT, o BIM irá assegurar mais agilidade na tomada de decisões e
transparência nas suas ações, e também agregará valor ao planejamento,
por meio da simulação das condições de contorno do empreendimento no
ambiente computacional aumentando a precisão na elaboração de
cronogramas e orçamentos.
“O BIM pode ser aplicado de diversas maneiras em obras de infraestrutura
dentre as quais, em projeto de estradas, se destacam a sua aplicação em análise de
interferência, sistemas de drenagem urbana e projetos de terraplenagem,
contemplando desde a fase de estudos preliminares até a concepção da obra.”
(BRANDÃO; FERREIRA, 2015).
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 OBJETO DE ESTUDO
O local definido para o estudo foi a interligação interestadual entre Paraná e
Santa Catarina, prolongamento da PR-419, trecho em processo de estadualização,
que liga o município de Agudos do Sul - PR ao distrito de Bateias de Baixo,
município de Campo Alegre
– SC, com uma extensão de aproximadamente 14 km,
área em destaque na Figura 9.
Figura 9 – Detalhe do Mapa Multimodal do Paraná
Fonte: DNIT (2013).
Os primeiros caminhos no território de Agudos do Sul foram abertos em
meados do século XIX para exploração da erva mate. Eram caminhos rústicos e o
transporte era realizado em lombo de mulas. Transformaram-se no início do século
XX em estradas carroçáveis, possibilitando um melhor escoamento da produção de
erva mate, principal atividade econômica da região na época. Atualmente as
atividades predominantes são a agricultura e a produção florestal, esta última
principalmente, utiliza veículos pesados para o transporte, o que gera danos na
estrada em leito natural, prejudicando o tráfego. Na Figura 10, pode-se observar
uma Plantação de Pinus ao longo da estrada em estudo.
Figura 10 – Foto do trecho da rodovia mostrando uma Plantação de Pinus
Fonte: Autoria própria.
A infraestrutura de transporte se destaca como um dos principais elementos
para o suporte das atividades econômicas regionais. No Paraná, a relação entre
transporte e evolução econômica tem origem desde a ocupação territorial e
formação da sua sociedade. O crescimento econômico do Paraná foi fortemente
influenciado por investimentos em modernização e ampliação da infraestrutura dos
meios de transportes (VARGAS, 2005). Para a continuidade deste crescimento e
sendo a agricultura uma das bases da economia paranaense, deve-se realizar
constantemente a melhoria e manutenção da malha viária rural, possibilitando o
escoamento da produção agrícola e o desenvolvimento regional.
Além dos benefícios de desenvolvimento regional, a pavimentação deste
trecho de rodovia proporcionará uma rota alternativa entre Joinville
– Curitiba, que
enfrenta grandes congestionamentos na BR-376, durante a temporada de verão,
feriados ou ainda, em casos especiais como, intervenções na pista ou acidentes
graves. A Figura 11 apresenta o desvio proposto pela Policia Rodoviária Federal e
na Figura 12 é representado a rota em estudo.
Figura 11 – Rota alternativa proposta pela Polícia Rodoviária Federal
Fonte: Adaptado Google Maps (2014).
Figura 12 – Rota alternativa em estudo
Fonte: Adaptado Google Maps (2014).
A rota alternativa seguirá a partir de Pirabeiraba pela Serra da Dona
Francisca, seguindo pela SC-110, atravessando o distrito de Bateias de Baixo,
trecho atualmente pavimentado, com a realização da obra de pavimentação do
trecho em estudo, proporcionará uma redução de aproximadamente 20 Km da rota
alternativa atual, reduzindo custos e tempo de viagem.
3.2 SOFTWARES UTILIZADOS
3.2.1 SIG –Trimble Terraflex e Google Earth
Foi utilizado na coleta de dados um dispositivo portátil, sendo este um
Smartphone Sony Xperia ZQ, com sistema Operacional Android Jelly Bean com
câmera de 13 Mpx, sensor GPS e um aplicativo especifico instalado para execução
do estudo. O aplicativo utilizado foi o Trimble® Terraflex™, uma solução flexível e
configurável baseada em nuvem para a coleta de dados de campo e atualização em
tempo real de informações geoespaciais. O Terraflex faz parte da Trimble
InSphere™, plataforma baseada em nuvem para gerenciamento central de
aplicações geoespaciais, dados e serviços.
Utilizando um notebook Asus Core i5 com 8 gb de Memória RAM, foi
acessado online o sistema Trimble InSphere através do endereço eletrônico
http://app.trimbleinsphere.com/, no qual foi realizado um cadastro para um período
de teste de 30 dias. Após o cadastro foi criado um novo projeto denominado TCC.
Para coleta de dados no Trimble Terraflex foi necessário a criação de um formulário
para cadastrar os elementos pretendidos, no caso do estudo foi criado o formulário
Edificações.
No formulário Edificações foi criado uma lista de atributos a ser verificada em
campo:
Localização do imóvel, dividido em Rural e Urbano.
Categoria do imóvel em decorrência do uso, sendo dividido em
Residencial, Comercial, Industrial, Público, Religioso e os de uso misto (Residencial
e Comercial) e (Industrial e Comercial).
Método Construtivo, sendo dividido em construções de madeira e
construção em alvenaria.
Foto do imóvel.
todo o trecho, sendo realizado o cadastro proposto para o determinado estudo.
Após o cadastramento dos edifícios em campo, os dados são enviados
automaticamente após se conectar à internet ao Trimble Insphere, onde com auxílio
de um computador é possível verificar os dados levantados, como representado na
Figura 13.
Figura 13 – Distribuição dos edifícios cadastrados no Terraflex
Fonte: Adaptado Trimble InSphere (2015).
A região em estudo tem influência cultural de imigrantes poloneses e
alemães, além de tradicionais famílias de origem portuguesa. Abaixo na Figura 14,
um exemplo de edificações de relevância histórica e cultural encontrada na região,
de propriedade de uma família de origem polonesa.
Figura 14- Foto da casa de madeira de família polonesa
Fonte: Autoria própria.
Além das edificações, poderia ser realizado o levantamento de diversos
elementos ao longo da rodovia expandindo o banco de dados e melhorando a
análise. Entre os elementos verificados, existe uma ponte no final do trecho, torre de
alta tensão e arvores nativas (Araucária), conforme as Figuras 15, 16 e 17.
Figura 15 – Foto da Ponte do Rio Negro com torre de alta tensão
Fonte: Autoria própria.
Figura 16 – Foto da Ponte do Rio Negro com araucária
A B
Figura 17 – Foto dos detalhe de elementos cadastráveis, (A) Torre de Alta Tensão e (B) Araucária
Fonte: Autoria própria.
Porém, não serão considerados estes no estudo proposto, devido a
magnitude de um levantamento de todos estes diversos elementos. O estudo fica
então delimitado as edificações, devido a problemática envolvidas em
desapropriações, sejam elas econômicas ou sociais.
3.1.2 BIM - Autodesk Infraworks
O Software BIM utilizado na etapa de integração dos dados geográficos, foi
o Autodesk Infraworks 360. Este software oferece um sistema de criação interativa
em tempo real que permite visualizar dados geoespaciais 3D, analisar, gerenciar e
distribuir informações geoespaciais de forma eficiente.
Para Geração do Modelo de
Elevação utilizou o modulo “Gerador de
Modelo” do Infraworks 360, o qual no território brasileiro e o resto do mundo (entre
-60 ° e + -60 ° de latitude), exceto o Estados Unidos e seus territórios, utiliza dados
DEM SRTM 90m. Sobre o modelo de terreno está estendida a imagem de satélite do
Microsoft Bing Maps
.
O processamento é realizado na nuvem após delimitação da
área, que pode atingir até 200 km².
Para a familiarização com o software foi realizado vários testes para o
aprendizado das ferramentas e potencialidades do software, abaixo a Figura 18
representa a tela do programa criada durante o período de teste.
Figura 18 – Representação tridimensional no Infraworks
Fonte: Adaptado de Autodesk Infraworks (2015).
Com o modulo Otimização de Corredor do Infraworks 360, é possível
determinar a geometria da estrada com base em uma série de fatores e criar
projetos rodoviário com alinhamento de pista mais eficiente. Entre os fatores que
podem ter sua influência analisada, através de um mapa de adequabilidade, estão:
estradas, ferrovias, hidrografia, área de cobertura, áreas rurais, edifícios, mobiliário
urbano, vegetações.
Outra empresa que dispõem de software similar é a Trimble, a qual tem
entre seus produtos o Trimble Quantm, Figura 19, em que é possível gerar diversas
simulações de traçado. A Trimble recentemente assinou um convênio com o
governo estadual, através da Secretária de Infraestrutura e Logística do Paraná para
promover aos funcionários estaduais o conhecimento da metodologia BIM. O
governo pretende até 2018 implantar e fomentar a tecnologia BIM em projetos do
Estado. A intenção é adotar a tecnologia para trazer mais transparência nos
projetos, aumentando o controle sobre gastos públicos e evitando desperdícios nas
obras (GOVERNO DO PARANÁ, 2015).
Figura 19 – Proposta de traçado no software Quantm
Fonte: Trimble (2015).
A escolha pelo software Infraworks foi feita por conta da sua acessibilidade e
também pelo fato do seu fabricante Autodesk, disponibilizar uma versão gratuita
para estudantes com todos os recursos contidos na versão comercial. Utilizando a
metodologia BIM, proporciona a criação de um modelo inteligente em 3D, que
possua informações parametrizadas.
Para atingir o objetivo do estudo, foram realizadas 3 simulações integrando
dados do levantamento de campo com a metodologia BIM. Em todas as simulações
foi adotado a velocidade de projeto de 40 km/h, as diretrizes de raio mínimo e rampa
máxima, são ajustadas automaticamente, baseadas na norma de 2011, da American
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 LEVANTAMENTO DE CAMPO
Durante o levantamento de campo foram encontradas ao longo do trecho em
estudo,14 edificações com características histórica e/ou cultural. Abaixo nas Figuras
20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 e 27 estão apresentadas algumas destas edificações.
Figura 20 – Foto da vista frontal da casa polonesa
Fonte: Autoria própria.
Figura 21 – Foto da vista lateral da casa polonesa
Fonte: Autoria própria.
Figura 22 – Foto de uma edificação mista de alvenaria em Papanduva
Fonte: Autoria própria.
Figura 23 – Foto da casa de madeira em Sobrado
Fonte: Autoria própria.
Figura 24 – Foto da casa de madeira em Sobrado
Fonte: Autoria própria.
Figura 25 – Foto do parque do Moinho
Fonte: Autoria própria.
A edificação acima na Figura 25 é um complexo turístico e residencial,
composto de uma residência em alvenaria, um antigo moinho de cereais e demais
barracões em madeira.
Figura 26 – Foto da casa de madeira em Pinhal
Fonte: Autoria própria.
Figura 27 – Foto da edificação mista de alvenaria em Pinhal
Fonte: Autoria própria.
Alguns fatores afetaram a precisão da localização dos edifícios. O primeiro
fator que contribuiu com esta imprecisão foi o cadastro ter sido realizado da estrada
e não nas proximidades do imóvel e o outro foi a condições climáticas desfavoráveis
na data da coleta, dia 07 de novembro de 2015.
O procedimento para correção da posição consistiu em gerar um arquivo
com dados de posição dos edifícios, no Trimble Insphere, Figura 28. Para correção
deste desvio e obtenção de coordenadas mais precisas, foi gerado um arquivo KML,
possibilitando abrir este arquivo no software Google Earth. Sendo realizado uma
comparação entre a posição cadastrada no Terraflex com a imagem de satélite do
software Google Earth, posicionando os marcadores sobre os edifícios, conforme
Figura 29.
Figura 28 – Posição do cadastro das edificações
Fonte: Adaptado de Trimble InSphere (2015).
Figura 29 – Posição ajustada no Google Earth
Fonte: Adaptado de Google Earth (2015).
Na planilha Excel do Microsoft Office foi elaborado a tabela e os gráficos dos
resultados obtidos através do levantamento de campo. A Tabela 1 apresenta as
posições dos edifícios cadastrados.
Tabela 1 – Coordenadas de posição das edificações.
As Figuras 30, 31 e 32, representam graficamente em percentuais as
características dos edifícios cadastrados.
Figura 30: Gráfico da localização das edificações
Fonte: Autoria própria.
EDIFICAÇÃO DESCRIÇÃO E (m) S (m) POSIÇÃO EDIFICAÇÃO 01 CASA DE MADEIRA 666961.20 7123537.76 DIREITA EDIFICAÇÃO 02 CASA DE ALVENARIA 670022.34 7122636.28 ESQUERDA EDIFICAÇÃO 03 CASA COMERCIAL DE ALVENARIA 670189.82 7121140.96 DIREITA EDIFICAÇÃO 04 IGREJA 670255.41 7121134.57 ESQUERDA EDIFICAÇÃO 05 CASA DE ALVENARIA 670988.78 7118008.84 DIREITA EDIFICAÇÃO 06 IGREJA 671085.75 7117908.47 DIREITA EDIFICAÇÃO 07 CASA DE MADEIRA 671264.16 7117731.36 ESQUERDA EDIFICAÇÃO 08 CASA DE MADEIRA 671329.36 7117360.79 DIREITA EDIFICAÇÃO 09 CASA DE ALVENARIA 671927.33 7116778.14 DIREITA EDIFICAÇÃO 10 CONSTRUÇÃO MISTA DE MADEIRA 671957.43 7116773.20 DIREITA EDIFICAÇÃO 11 CASA DE MADEIRA 672495.96 7115276.77 DIREITA EDIFICAÇÃO 12 CASA DE MADEIRA 672606.15 7115137.40 ESQUERDA EDIFICAÇÃO 13 CASA COMERCIAL DE ALVENARIA 672553.50 7115018.42 DIREITA EDIFICAÇÃO 14 CONSTRUÇÃO DE MADEIRA 673147.89 7114475.56 ESQUERDA
