Utilizando o BIM com o Autodesk Revit Structure para o projeto de estações de metrô Marco A. B. Sampaio Frazillio & Ferroni SE5341 Esta seção apresenta o projeto de uma estação de metrô utilizando o Autodesk Revit Structure. É mostrada a modelagem das principais partes da estação que é formada por túnel, plataforma, mezanino, fosso e pisos. O principal objetivo é mostrar algumas das práticas recomendadas para este tipo de projeto. About the Speaker Marco Brasiel é engenheiro civil e mestre em engenharia de estruturas pela USP. Consultor técnico na Frazillio & Ferroni, possui experiência em treinamentos, suporte técnico e desenvolvimento de soluções para projetos de estruturas, arquitetura e instalações utilizando as ferramentas Revit (Structure, Architecture e MEP), Robot Structural Analisys e Structural Detailing. marco.brasiel@frazillioferroni.com.br
Introdução Neste artigo é apresentada de forma resumida a solução que foi desenvolvida em parceria com a empresa de projetos Figueiredo Ferraz, em um projeto piloto, que teve como objetivo a implantação de um processo de projeto que atendesse aos novos padrões do mercado, que se baseiam em BIM. Assim, é mostrada a modelagem do projeto de estruturas de uma estação de metrô utilizando o Revit Strucure. O projeto é composto por uma estação principal com aproximadamente 170 metros de comprimento, caracterizada por uma plataforma central que atende ao mesmo tempo duas vias de metrô. O acesso à estação é feito por um mezanino superior, o qual se interliga à superfície através de um fosso lateral. A seção transversal do túnel é típica de escavações do tipo NATM, portanto não-circular. O túnel possui uma pequena inclinação longitudinal e, por isso, a estação segue esta mesma inclinação. O piso de concreto do mezanino é sustentado por vigas metálicas que se apóiam lateralmente em pilares que faceiam as paredes do túnel. O projeto é feito no Revit Structure, porém uma integração com o software de análise Autodesk Robot é possível. Esta segunda etapa não será tratada nesta classe. Preliminares Antes de iniciar a modelagem da estação é preciso preparar alguns arquivos que utilizaremos durante o projeto. Uma vez que a seção transversal do túnel não é circular, é mais vantajoso criar um modelo desta seção utilizando uma família de perfis do Revit. Desta maneira, são evitados alguns problemas que podem acontecer se a seção for modelada no próprio projeto Outro ponto importante é a definição dos perfis metálicos que são utilizados no projeto. Os perfis usados neste projeto estão disponíveis para clientes que possuem assinatura de subinscrição, por meio da ferramenta Content Generator, que faz parte do pacote de extensões disponibilizado no portal de subinscrição. Não faz parte deste guia a criação de padrões de representação específicos. São usados os padrões nativos do software. Perfis metálicos A seção transversal deste túnel é comum em escavações feitas pelo método NATM. A sua forma é definida a partir de segmentos de circunferências e, assim, precisamos dos raios e dos centros destas circunferências. 2
Antes de iniciar o projeto da estação, vãos criar uma família de perfis (profile) que contém a forma da seção. O detalhe da construção da seção é mostrado na Figura 1. Após abrir o template da família (Menu > New >Family Generic Profile), desenhe utilizando a ferramenta de linhas o perfil mostrado abaixo. Primeiro desenhe o segmento que contorna a parte superior do túnel. Para dar continuidade com os outros arcos você pode utilizar a ferramenta Tangent end arc, ela cria automaticamente uma junção contínua entre dois segmentos de linha. Figura 1 Seção do túnel. Vigas Neste exemplo serão utilizados os perfis metálicos disponíveis no Content Generator ferramenta disponível apenas para clientes com subscription. Vamos utilizar os perfis da norma canadense. W 150x37 W 250x45 W 250x80 W 460x52 W 460x174 W 690x240 3
Níveis principais A estação possui quatro níveis principais, plataforma, mezanino, fosso 1, fosso 2, fosso 3 e rua, conforme a figura Figura 2. As duas primeiras são os níveis de dentro do túnel, as demais formam o acesso à estação. Temos que criar seis níveis conforme abaixo: NOME COTA (m) PLATAFORMA 0,0 MEZANINO 4,76 FOSSO 1 10,71 FOSSO 2 16,66 FOSSO 3 22,61 RUA 28,56 Figura 2 Níveis principais As plantas referentes a estes níveis são criadas automaticamente e podem ser acessadas pelo navegador do programa, na esquerda da tela. Observe que a cor do símbolo dos levels é azul. Se acontecer do símbolo ser preto, é porque os níveis foram criados usando a ferramenta copiar. Neste caso, as plantas não são criadas. Estes níveis pretos podem ser entendidos como referências, ou seja, você pode usar ele para ser uma referência de topo de um pilar, ou um patamar de uma escada, mas não há 4
necessariamente uma planta deste nível. Para transformar este nível em uma planta use a ferramenta Plan View (View > Plan View > Floor Plan). Uma dica para quem está começando a usar o Revit é criar os níveis sempre alinhados uns com os outros. Você pode fazer isto quando for criar um novo level, aproximando o mouse dos extremos de um nível já existente, até que uma linha azul tracejada apareça. Assim, sempre que você mover a ponta de um dos níveis, os demais que estiverem alinhados com ele se movem junto. Se você precisar desligar o alinhamento de um certo level basta destravar o cadeado que é mostrado na extremidade do nível quando este estiver selecionado. Eixos principais Para começar a modelagem vamos traçar os eixos principais e definir a dimensão longitudinal do túnel. Inicialmente vamos traçar cinco eixos, sendo três longitudinais e dois transversais que delimitam as extremidades do túnel. Conforme a Figura 3. O eixo principal, que está na posição horizontal do desenho, será chamado de x. Crie este eixo com mais de 170 metros, pois o nosso túnel terá aproximadamente esta dimensão. Paralelamente ao eixo x vamos criar mais dois eixos a uma distância de 7,85 metros de x, um acima e outro abaixo. Chamarei estes eixos de EVE.1 e EVD.1. Na direção vertical, são criados mais dois eixos, A e B. O eixo A marca o início do túnel enquanto o eixo B delimita o final. Estes eixos paralelos estão espaçados a uma distância de 175 metros um do outro. Figura 3 - Eixos Planos de referência A nossa estação possui uma inclinação pequena na direção longitudinal. Esta é uma situação bem comum e que, normalmente, costuma dar bastante trabalho para usuários do Revit, pois a uma boa parte destes usuários não utiliza todas as ferramentas disponíveis. 5
Sempre que quisermos trabalhar com planos inclinados, que não são necessariamente os caimentos de piso que vêm da arquitetura, podemos usar planos de referência para posicionar os nossos elementos estruturais diretamente neste plano. Para tanto, criamos reference planes e colocamos um nome neles (você pode optar por não associar um nome, mas precisará clicar neste plano sempre que quiser usá-lo como referência, por isso é preferível nomeá-lo). Antes de criar um plano inclinado, vamos primeiro definir o ponto onde o plano inclinado encontra o plano de planta (horizontal). Na nossa estação, o ponto zero está a 107,658 metros à direita do eixo A. Para definirmos este ponto, vamos usar um reference plane vertical posicionado a tal distância do eixo. Figura 4. Figura 4 Planos de referência. Vamos começar a criação do plano inclinado a partir do ponto de encontro entre o plano MEZANINO e o plano vertical que acabamos de criar. Clique nesta interseção e desenhe um plano com inclinação qualquer, tal que forme uma rampa subindo para direita e terminando um pouco depois do plano B. Assim que você termina de criar o plano, uma cota temporária de ângulo é mostrada. Nesta cota, digite o valor da inclinação, que no nosso caso é de 0,17, ou 179,83 dependendo da referência. Agora já estamos com o nosso plano na inclinação desejada. Pode ser preciso reposicionar o ponto de interseção de nossa referência e isto pode ser feito usando a ferramenta mover. Depois disso, crie mais dois planos paralelos a este que acabou de ser feito, sendo eles abaixo e espaçados de 1,162 e 4,760m do plano inicial. 6
Figura 5 Eixos inclinados Os planos foram nomeados REF. MEZANINO, PLANO LONGITUDINAL e REF. PLATAFORMA, de cima para baixo. Túnel Agora podemos iniciar a construção do nosso túnel, que é criado a partir de um Sweep colocado no plano de referência PLANO LONGITUDINAL. Vamos definir o plano inclinado com sendo a nossa referência de trabalho. Para tanto, clique na ferramenta Set work plane localizada na guia Home e escolha o PLANO LONGITUDINAL na lista de opções. Na planta MEZANINO, acione a ferramenta sweep e defina o seu caminho (path) ao longo do eixo x. Finalize o path e escolha o perfil que carregamos no início do projeto. Figura 6 Túnel. 7
Para fazer o acabamento nas extremidades do túnel, pode-se usar um void em ambos os lados. Assim, teremos as bocas do túnel exatamente na vertical. Este procedimento precisa ser feito antes de finalizar o sweep do túnel. Finalize o túnel. Figura 7 Acabamento nas extremidades do túnel. Lajes Primeiro vamos criar os pisos que ficam dentro do túnel, são eles o mezanino e a plataforma. O piso da planta MEZANINO terá três trechos, dois deles são as extremidades e o terceiro é o vão principal que corre ao longo da maior parte da estação. As duas lajes menores (extremidade) são planas horizontais enquanto que a terceira segue a inclinação definida pelo plano REF. MEZANINO. A Figura 8 mostra a planta MEZANINO, onde estão em vermelho os trechos planos das extremidades. Figura 8 Lajes da planta MEZANINO. Para criação das lajes das extremidades vamos considerar que e estas são retangulares com dimensões 15,7x20,93 metros. As bordas externas menores de cada laje são os eixos A e B, respectivamente. As bordas laterais coincidem com os eixos EVE.1 e EVD.1. A espessura destas lajes é de 218 mm. Ao finalizar estas lajes, devemos movê-las verticalmente até o REF. MEZANINO, e isto pode ser feito em uma vista lateral ou um corte auxiliar, tal que a laje da esquerda desce 257,3 mm e a laje da direta sobe 137,2 mm, conforme a Figura 9 mostra. 8
Figura 9 Offset das lajes laterais (laje esquerda e direita). O vão principal do piso mezanino é inclinado e possui aberturas para as escadas rolantes. A declividade deste trecho é de 0,17. Faremos uma laje retangular e depois adicionamos aberturas usando a ferramenta shaft. A largura desta laje é de 13,2 metros e podemos criar uma laje retangular tal que a sua lateral se inicia a 1,25 metros pra dentro das lajes que fizemos anteriormente, conforme mostra a Figura 11. Ants de finalizar a criação da laje, desenhe uma linha de inclinação, slope arrow, da esquerda para direita, e com as propriedades de acordo com a Figura 10. Figura 10 Definição da inclinação na laje do mezanino. 9
Figura 11 Laje principal As aberturas para escada rolante são adicionadas segundo as dimensões mostradas na Figura 13, utilizando a ferramenta shaft (Home > Shaft Opening). Os shafts estão alinhados com o eixo longitudinal da laje e a sua distribuição segue a seguinte regra, que se inicia na borda esquerda da laje: 3,62 28,00 28,00 30,60 28,00 metros, como mostrado na Figura 12. Figura 12 Distribuição dos furos na laje mezanino. 10
Figura 13 Furo padrão para escada rolante. A planta do nível plataforma é composta por três lajes, sendo uma principal, localizada no centro da estação e que dá acesso aos trens que param dos dois lados, e duas passarelas de emergência localizadas na lateral do túnel, conforme mostra a Figura 14. Figura 14 - Planta da plataforma. A laje principal possui largura igual a 8,4 metros, enquanto as laterais são iguais a 1,3 metros. A face esquerda destas lajes está a 12,18 m à direita do eixo A e o seus comprimentos são iguais a 150 metros. Para estas três lajes serão consideradas as mesmas inclinações utilizadas anteriormente. O vão entre a laje central e as lajes laterais é de 3,35 m. Acesso (Abertura) O acesso a esta estação é feito lateralmente por um acesso que interliga o túnel a um fosso vertical. Vamos agora abrir o acesso lateral na parede do túnel que fizemos anteriormente. Para criar esta abertura precisamos abrir o editor do sweep do túnel, selecionando o objeto e clicando e em Edit Sweep. Dentro do editor criamos um void com a forma da abertura. A forma 11
desta seção pode ser circular ou não, depende do projeto. Aqui foi utilizada uma forma nãocircular, semelhante à que foi mostrada no início deste guia. A Figura 15 mostra a parede com a abertura de acesso lateral. Figura 15 Abertura de acesso lateral. Aqui não será mostrada em detalhes a criação desta abertura, cujo procedimento pode ser visto no vídeo desta apresentação. Ainda assim, para modelagem da abertura foi utilizado um void sweep que corta uma das laterais do túnel. Não foi utilizada uma família de perfis prédefinida, igual ao que foi mostrado na criação do túnel, porém este procedimento poderia ter sido feito. Em vez disso, o desenho da seção foi feito manualmente durante a criação do void sweep. Vigas O tabuleiro do mezanino é suspenso por vigas metálicas posicionadas no plano REF. MEZANINO com valor de offset equivalente à espessura da laje, para que esta se acomode no topo das vigas. Antes da criação das vigas foram definidos alguns novos eixos. A disposição destes eixos é mostrada na Figura 16. 12
Figura 16 Eixos auxiliaries. A distribuição das vigas segue o padrão mostrado na Figura 17. O procedimento para criação das vigas é idêntico ao que se faz normalmente. Porém, antes de lançar as vigas, deve-se definir o seu plano de locação (Placement Plane), que fica na barra de opções quando a ferramenta de criação está acionada. Além disso, é importante indicar nas propriedades da viga o nível de referência (Reference Level) que ela fará parte (MEZANINO) e o offset de -218 mm referente à espessura da laje. Assim, as vigas serão posicionadas segundo o plano inclinado e farão parte da planta MEZANINO. Figura 17 Padrão de distribuição das vigas. 13
A Figura 18 mostra o piso mezanino com as vigas lançadas. Figura 18 Vigas do mezanino. Fosso e passagem Conforme já foi dito, o acesso a este túnel é feito por um fosso vertical posicionado lateralmente ao túnel. O fosso possui forma cilíndrica e em sua base existe uma laje de grande espessura. A laje é construída com a ferramenta padrão do Revit, Floor, e as paredes foram feitas utilizando a opção extrusão. Para construir a laje precisamos da posição exata do fosso com relação ao túnel. Já temos o acesso à estação, ver Acesso (Abertura), precisamos então alinhar o centro do círculo com o eixo deste acesso. A distância entre o eixo da plataforma e o centro do fosso é de 33,46 m. Conforme mostra a figura abaixo. 14
Figura 19 Posicionamento do fosso. O diâmetro externo do nosso fosso é igual a d=35,0 m. A espessura da nossa laje de fundo é igual a h=3,8 m. A espessura da parede lateral do fosso é de e=1,2 m. Com estas informações criamos um novo tipo de laje clicando em Edit Type, duplicando uma das lajes já existente e clicando no botão Structure acessamos a janela de configuração da laje, onde se define a espessura de 3,8 m. Vamos usar apenas uma camada para esta laje seguindo um procedimento de boas práticas onde o material de acabamento é uma nova laje definida pela arquitetura 1. A Figura 21 mostra o fosso concluído (antes, durante e depois do corte). Figura 20 Acabamento do túnel de acesso. 1 Este procedimento é recomendado quando trabalhamos com arquivos link ou quando precisamos ter o projeto da arquitetura compartilhado com o Revit. Neste caso, o projeto arquitetônico foi criado separadamente utilizando o Revit Architecture, porém nenhuma informação referente a este projeto é mencionada aqui nesta classe. 15
O túnel de passagem entre o fosso e a estação pode ser feito com a ferramenta Sweep de forma semelhante ao que foi feito com o túnel. Um detalhe muito importante: é preciso criar recortes nos três objetos fosso, passagem e túnel para que estas geometrias se encaixem perfeitamente, para dar o formato do encontro entre os encontros do túnel principal e do fosso com a passagem. Para tanto, é necessário entrar no editor de cada um deles (selecionando o objeto e clicando em Edit Sweep). Dentro do editor, são criados voids idênticos à geometria de corte. Ou seja, dentro do editor do túnel da passagem é criado um void com o formato do túnel principal e outro void com o formato do fosso. Desta maneira, teremos o encaixe perfeito. A Figura 20 mostra o túnel de passagem após o corte com os voids. Figura 21 Fosso e laje de fundo. Estrutura do fosso A estrutura do fosso é criada pelo processo convencional com vigas, lajes e pilares. A espessura da laje é igual a 21,8 cm. São definidas cinco lajes, uma em cada level, exceto no piso PLATAFORMA, onde existe a laje de fundo. A passagem que liga o fosso ao túnel é feita no piso MEZANINO, portanto é preciso criar um piso de acesso neste trecho (Figura 24). A Figura 22 mostra a estrutura concluída. 16
Figura 22 Estrura interna do fosso. As principais dimensões da laje são mostradas na Figura 23. Figura 23 Laje do fosso vertical. Os pilares deste trecho estão posicionados segundo a figura abaixo. Observe que os pilares seguem o alinhamento do furo central. 17
Figura 24 Planta do fosso. As vigas destes pisos são lançadas de forma convencional. Não é necessária a criação de planos inclinados, portanto não teremos problemas em criá-las. A figura abaixo mostra um esquema das vigas principais do fosso. Figura 25 Vigas do piso do fosso. 18
Considerações finais Espera-se que este trabalho tenha mostrado que é possível desenvolver projetos de obras subterrâneas com a plataforma Revit, beneficiando-se com o BIM. Vale ressaltar que aqui foi mostrada apenas a parte do projeto de estruturas, porém sem entrar em detalhes da integração do modelo com o software de análise Robot Structural Analysis. Por causa disso, não foi mencionado nada a respeito dos modelos analíticos. Os projetos de arquitetura e instalações fazem parte do processo de projeto e os três são feitos de forma integrada e compartilhada (link). Entretanto, não faz parte do escopo destra apresentação. Abaixo são apresentados alguns projetos de estações de metrô desenvolvidos pela empresa Figueiredo Ferraz a partir desta metodologia. Todas as imagens foram cedidas pela empresa. Figura 26 Estações de metro em Revit. (Créditos: Figueiredo Ferraz). 19