Estádio da Copa do Mundo Al Janoub em BIM

Inspirado nos barcos de pesca de pérolas, localizado na cidade de Al Wakarah, o Estádio Al Janoub pode receber 40.000 torcedores com toda segurança e conforto. Além de simbólico e luxuoso, o estádio é uma obra de engenharia arrojada, um espetáculo, que só é possível de ser modelado, analisado e dimensionado com o auxílio de ferramentas poderosas.

O Al Janoub foi construído do zero especialmente para a Copa do Mundo de 2022. Apenas se adequar aos padrões FIFA já seria um desafio enorme, mas houve ainda alguns pontos de atenção que orientaram o projeto. Há a evidente necessidade de combater as temperaturas extremas do Catar, o que demandou a construção de uma cobertura totalmente retrátil, juntamente com sistemas de refrigeração passiva e mecânica. Além disso, houve o cuidado de atender às demandas de funcionalidade e sustentabilidade exigidos pela Global Sustainability Assessment System (GSAS) e pela Leadership in Energy and Environmental Design (LEED). O resultado foi a classificação de 4 estrelas GSAS para projeto sustentável e Certificado de Gerenciamento de Construção GSAS Classe A, além do Certificado de índice de eficiência energética sazonal para centro de energia. Muito disso se deve ao fato de que metade dos lugares do estádio (20.000) foram projetados para serem desmontáveis ​​e transportados para um país que precise de infraestrutura esportiva para uso pós-torneio, o que exige ainda mais atenção com relação à estrutura do estádio e logística de projeto. O estádio possui duas camadas de arquibancadas, de forma que somente a faixa inferior permanecerá no estádio após a Copa do Mundo.

Outras acomodações temporárias, como concessões, são necessárias para a capacidade adicional projetada para a Copa do Mundo da FIFA. Esses elementos foram construídos como uma cobertura temporária fora da área de cobertura permanente e do recinto do estádio em seu “Modo de Legado” (Legacy Mode).

A operação da cobertura foi projetada em harmonia com o revestimento usando tecido PTFE plissado e com os cabos estruturais. Quando implantado, a cobertura funciona como uma vela para cobrir o óculo acima do campo de jogo e cria um ambiente protegido para as partidas de futebol durante o verão. Princípios de design passivo, juntamente com modelagem no SCIA Engineer e testes de túnel de vento, foram usados para maximizar a eficiência do estádio e para garantir o conforto, tanto dos jogadores quanto dos espectadores.

O projeto da cobertura do estádio é uma abstração dos cascos dos dhows (barcos de pesca de pérolas) virados de cabeça para baixo e amontoados para fornecer sombra e abrigo. Isso é expresso na geometria do envelope do estádio, nos detalhes e na materialidade selecionada, incluindo a estrutura da viga da cobertura que lembra a estrutura interna do casco de um dhow. As fachadas do estádio são inclinadas para fora, afiladas em elevação e lembrando as velas. A imagem do dhow é ainda mais enfatizada através da grande saliência do beiral do estádio que incorpora tiras de revestimento metálico ecoando as estruturas de madeira do barco.

A estrutura da cobertura, composta por arcos escorados com 185 m, passou por um projeto de simulação da construção, engenharia de proteção contra fogo e projeto de placas para as colunas em V que suportam os arcos principais. Veja as imagens:

SCIA Student Contest: Galpão Industrial em Belo Jardim, PE.

Quando analisamos os métodos construtivos no Brasil, ainda é possível perceber a predominância do uso de concreto armado. Contudo, estruturas metálicas tem se tornado cada vez mais recorrentes em todos os tipos e dimensões de projetos. Isso se deve há muitos fatores, mas destaca-se algumas características do próprio material que chamam muito a atenção, como seus elevados níveis de resistência e ductibilidade, além de ser um elemento homogêneo e isotrópico. Isso traz ao projeto de estruturas metálicas outras vantagens como a obtenção de menores seções transversais, facilidade de reforço e ampliação.

Junto a isso, temos que o aço possui uma relação resistência/peso próprio elevada, trazendo concepções estruturais leves. Isso permite que em grandes projetos seja possível executar maiores vãos livres e em obras de menor porte pode-se economizar material e gerar um amplo espaço interno. Exatamente por isso, este material é amplamente utilizado para galpões industriais, que é exatamente o caso deste projeto.

Assim, foi proposto um galpão em Belo Jardim, no agreste de Pernambuco. Esta estrutura seria do tipo geminado com pórticos formados por perfis laminados e telhados em duas águas. As dimensões do galpão são de 100 m de comprimento, com pórticos espaçados a cada 5 m, 40 m de largura e pé-direito de 6 m, tendo um vão central de 20 m e inclinação do telhado de 10%.  

Essa estrutura foi tema do projeto de conclusão de curso, sendo analisada segundo a NBR por dois softwares de engenharia diferentes e os resultados obtidos foram comparados.

Um dos softwares utilizados foi o SCIA Engineer, que possui um concurso internacional para trabalhos elaborados por estudantes chamado SCIA STUDENT CONTEST 2023. Esse trabalho foi inscrito no concurso e recebeu uma das premiações.

Explorando o cálculo desse galpão é importante destacar a metodologia de trabalho empregada no projeto, onde o SCIA Engineer foi utilizado diretamente nas etapas de dimensionamento da estrutura e, por isso, essas serão mais detalhadas.

Uma vez que os materiais foram escolhidos, foram definidas as ações atuantes na estrutura. Todo o projeto seguiu as determinações da NBR, de modo que as ações permanentes se basearam no peso próprio dos elementos estruturais disponíveis nos catálogos dos fabricantes, por exemplo, telhas de cobertura, paredes de alvenaria para fechamento lateral e equipamentos fixos vinculados à estrutura.

Já as ações variáveis foram constituídas pela sobrecarga na cobertura e a ação do vento. As sobrecargas seguiram os valores mínimos decorrentes de instalações e isolamento térmico e acústico. As ações do vento também seguiram as determinações de norma, considerando fatores de localização, topográficos, rugosidade do terreno. Dentro disso, obteve-se os seguintes valores de coeficiente de pressão interna:

Obtidos os valores dos coeficientes de pressão interna e externa, partiu-se para as combinações utilizando as ações de vento. Para o dimensionamento das telhas, terças e ancoragens, utilizou-se os coeficientes de pressão externa médio, enquanto para as paredes e o telhado, adotou-se a situação mais desfavorável entre as situações de ventos incidentes a 0° e 90°. Para os elementos dos pórticos foram efetuadas combinações entre os coeficientes de pressão externa relativos aos ventos incidentes a 0° e 90° e os coeficientes de pressão interna, visando se obter a hipótese mais desfavorável para cada uma das situações de incidência do vento:

Uma vez que as ações foram determinadas, foi possível elaborar as combinações previstas pela NBR 8800. Assim, foram feitas combinações para o Estado Limite Último e o Estado Limite de Serviço, obtendo- se o seguinte:

Determinados todos esses parâmetros, foi possível aplicá-los no SCIA e para expor melhor o fluxo de trabalho feito, veja o fluxograma abaixo, onde é possível observar exatamente como o software foi usado dentro das etapas já mencionados da metodologia de trabalho.

Os cálculos foram realizados também no software de comparação e os principais resultados tomados como base foram os esforços internos. Assim, na imagem abaixo é possível observar os valores de ambos os softwares para uma situação de pilar típico do galpão:

Aqui é possível perceber a semelhança de resultados obtidos em ambos os softwares. Vale destacar que nesse tipo de comparação é muito raro que os valores sejam exatamente iguais, visto que cada programa possui suas respectivas considerações de cálculo. O importante nessas situações é se manter dentro da ordem de grandeza e isso foi observado nesses resultados, inclusive exposto no trabalho:

 “Através da comparação das verificações dos principais elementos do galpão realizadas através do *software* com aquelas provenientes do SCIA Engineer, observou-se que, apesar das simplificações adotadas, os resultados apresentaram-se muito próximos, conforme foi observado na Figura 9 para o caso de um pórtico típico, sendo esta convergência de resultados de extrema importância para a validação das abordagens utilizadas no dimensionamento estrutural.”

Outras verificações foram realizadas dentro do SCIA Engineer, que também foram consideradas satisfatórias, e o projeto contou também com o dimensionamento das ligações metálicas. Todos os processos realizados no SCIA permitiram a elaboração da memória de cálculo detalhada, que foi anexada ao projeto. Essa apresentação clara e minuciosa dos cálculos e métodos permite um maior controle e conhecimento do comportamento do programa, o que é fundamental em situações comparativas.

As ferramentas disponíveis no SCIA Engineer permitiram que o projeto fosse realizado do início ao fim no software, desde a modelagem até a apresentação dos resultados. Essas ferramentas de nível profissional estão disponíveis nas licenças acadêmicas de forma gratuita para os professores e estudantes de engenharia. Por meio desses recursos, tem-se controle das decisões de projeto, permitindo ao usuário aplicar qualquer consideração desejada, garantindo uma comparação justa. Além disso, a possibilidade de se usar perfis conhecidos e de se realizar as verificações pela NBR, mais uma vez se mostra ser um diferencial, que traz muita confiança nos valores obtidos.

Conheça os três reservatórios de água da PROCALC que disputaram o SCIA User Contest 2023

Escrito por: Gabriel Passos Bandeira

PROCALC

O dimensionamento de estruturas 2D ainda é um desafio para muitos escritórios do país, e muito disso se deve a falta das ferramentas certas. Em edificações que envolvem o fluxo ou mesmo o armazenamento de água, cada detalhe se faz fundamental para garantir a segurança e funcionalidade da estrutura. O Método dos Elementos Finitos é uma das formas de lidar com essas situações e permite que analisemos as superfícies de forma bastante minuciosa. O SCIA Engineer traz esse grau de detalhe garantindo ainda a fluidez de trabalho, fazendo com que projetos de grande porte possam ser finalizados com um elevado nível de sofisticação mantendo o dinamismo e a praticidade. Trataremos de três exemplos de reservatórios nos quais determinadas ferramentas foram fundamentais para a conclusão dos projetos.

TANQUE DE AERAÇÃO

Usado nas estações de tratamento de esgoto, essa edificação demanda uma fundação direta. Contudo, esta estrutura ainda é suscetível não apenas ao carregamento interno com empuxo de água (esgoto) e ao externo com empuxo de solo, mas também à subpressão devido a presença de lençol freático em nível elevado.

^{Imagem 1 – Tanque de Aeração: Visão Geral}

Assim, visando estabilizar a estrutura foram adotados canais de concreto a serem preenchidos com material de alta densidade na região das juntas da laje de fundo, bem como pontos de ancoragem com estacas raiz resistindo a tração resultante dos esforços de subpressão, aliviando a carga de compressão suportada pelo solo.  

_{^{Imagem 2 – Tanque de Aeração: Deslocamento 3D}}

^{Imagem 3 – Tanque de Aeração: Reações nas Estacas}

Em situações específicas como esta, o SCIA foi indispensável para analisar os esforços na estrutura e para a definição da melhor condição de equilíbrio frente ao grande empuxo de subpressão sofrido pela estrutura. Além disso, por meio do software foi possível dimensionar elementos 1D e 2D pela norma NBR6118-2014, o que traz um elevado nível de precisão e praticidade ao processo de modelagem.

Imagem 4 – Tanque de Aeração: Cálculo de Armadura Necessária 2D pela NBR 6118

^{Imagem 5 – Tanque de Aeração: Verificação de Resposta pela NBR 6118}

 

ELEVATÓRIA

Mais corriqueiros ainda, os muros de arrimo podem ser um problema para o dimensionamento, principalmente quando em grande proporção. No segundo projeto, temos uma situação de estação elevatória em terreno de grande declive no qual foram projetados um reservatório com canal lateral e poço de sucção. Para compensar a diferença de altura entre os níveis de pista e cota natural do terreno, foi feito um muro de arrimo.

^{Imagem 6 – Elevatória: Visão Geral}

Por meio do SCIA, foi possível realizar a análise do comportamento da estrutura frente aos carregamentos internos e esforços tanto na elevatória quando no muro de arrimo. Em situações de implantação e solicitações horizontais, inclusive, esses esforços geram resultantes de cisalhamento na base das sapatas. Por meio desses resultados, foi possível realizar uma análise geológica de qualidade e determinar as fundações da estrutura da melhor forma possível.

^{Imagem 7 – Elevatória: Solicitações 2D}

^{Imagem 8 – Elevatória: Verificação de Resposta pela NBR 6118}

Com os esforços gerados e os resultados obtidos, a próxima etapa do projeto também foi garantida pelo SCIA por meio da ferramenta de cálculo de armaduras com base na NBR6118-2014.

^{Imagem 9 – Elevatória: Cálculo da Armadura 2D Necessária pela NBR 6118}

REFORMA DO FILTRO MBBR

E para o último projeto, trataremos de um caso no qual fica claro que um software potente pode dinamizar e sofisticar os projetos também em situações de reforma. Esse é o caso de um filtro Percolador que teve a sua estrutura adaptada à um filtro MBBR (Moving Bed Biological Reactor). Este trabalho consistiu em modificações de alturas e acréscimo de paredes, construção de passarelas. Estruturas auxiliares foram concebidas na intenção de mitigar ao máximo a transferência de novos esforços à elementos pré-existentes.

^{Imagem 10 – Reforma do Filtro MBBR: Visão Geral}

Neste projeto o SCIA executou o papel fundamental de verificar se os novos esforços aplicados na estrutura seriam suportados pelas armaduras já existentes. A partir disso, identificar as regiões de reforço estrutural, regiões a serem demolidas e, evidentemente, o dimensionamento das novas instalações.

^{Imagem 11 – Reforma do Filtro MBBR: Cálculo da Armadura Necessária pela NBR 6118}

^{Imagem 12 – Reforma do Filtro MBBR: Solicitações 2D}

Foi realizada também a análise de deslocamentos com o intuito de avaliar se a tensão do solo se manteve em uma faixa compatível com seu solo de fundação. 

^{Imagem 13 – Reforma do Filtro MBBR: Deslocamento 3D}

SUPERANDO EXPECTATIVAS

Em todos os projetos foram usadas ainda outras funcionalidades de bastante relevância. Além de cálculos e verificações já vinculadas coma NBR, foi usado bastante da interoperabilidade com outros softwares BIM, que permitiu que estes modelos fossem exportados para programas de detalhamento mantendo suas informações e tributos, agilizando consideravelmente a dinâmica de trabalho. Neste último projeto, inclusive, isso foi indispensável para poder definir etapas construtivas e quantitativos para a reforma.

Além disso, foi usado também o gerador de memorial interno do SCIA, o Engineering Report. Essa ferramenta é interna do software e permite gerar modelos de relatório com a formatação específica do escritório, de modo que este processo já fica automatizado. Além disso, por ser interno, as informações do relatório estão vinculadas ao modelo, de modo que qualquer alteração do projeto já é automaticamente corrigida no memorial, nas tabelas, resultados e imagens.

^{Imagem 14 – Exemplo de memória feita no Engeneering Report}

Essas funcionalidades foram fundamentais para que grande parte do projeto pudesse se feita dentro do SCIA e as etapas que demandassem de outros softwares já estariam bastante adiantadas. A intenção dessas ferramentas é reduzir o retrabalho e garantir maior controle dos processos durante o trabalho.

Os projetos tradados neste artigo foram disponibilizados pela empresa PROCALC, parceira da BIMWORKS há anos e esses modelos foram enviados ao User Contest 2023. Para ver mais projetos como estes realizados no SCIA ao redor do Brasil e do mundo, basta acessar o link: