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Bueiros de Grota são dispositivos de drenagem muito utilizados em obras lineares, como rodovias e ferrovias. O objetivo do dispositivo é permitir o fluxo de água de um lado para o outro, quando o traçado intercepta uma linha de talvegue. Talvegue, por sua vez, pode ser entendido como a linha sinuosa que se forma no fundo dos vales, por onde a água de um corpo hídrico e da chuva escoam.
Neste artigo, você vai aprender como um projeto de bueiro de grota pode ser elaborado com o fluxo de trabalho apresentado abaixo, a partir do uso das soluções Autodesk: InfraWorks, Civil 3D e Navisworks.
1. Concepção no InfraWorks
O software InfraWorks permite o processamento de Modelos Digitais de Elevação (MDE) para análises de bacias de contribuição. Na ribbon Analyze, em Drainage, clique na opção Watershed. Seleciona-se um ponto de análise, como uma posição preliminar do bueiro, e as configurações do tamanho da malha a ser considerada no processamento.
Um tutorial completo está disponível no site da Autodesk.
Após o processamento, o software apresenta a bacia de contribuição e a linha de talvegue para o ponto de análise, como ilustrado na figura a seguir em um traçado rodoviário:
Uma vez definido o ponto de análise e o processamento realizado, o formato de exportação IMX ou o próprio arquivo nativo do InfraWorks em formato SQLITE podem ser importados no Civil 3D.
2. Detalhamento no Civil 3D
A partir da importação do arquivo de concepção com os comandos da ribbon InfraWorks do Civil 3D, podem ser criados elementos do tipo catchments ou bacias de contribuição. O traçado preliminar das bacias pode ser aprimorado pelo usuário e comparado com resultados de outros softwares.
Na ToolSpace, em Prospector, em Catchments, com o botão direito do mouse, é possível criar um grupo. No grupo, com o botão direito do mouse pela opção Create Catchment from Object, seleciona-se o elemento de polyline 3D importado do Infraworks que representa a bacia de contribuição. Uma linha de talvegue ou flow path pode ser adicionada de forma análoga, após a criação da catchment.
Pela janela de criação pode-se selecionar o estilo de representação e o estilo das etiquetas (labels) dos elementos. Um coeficiente de escoamento (runoff coefficient) também pode ser atribuído. O coeficiente é empregado no Método Racional para a determinação de vazões de projeto para pequenas bacias de até 4 km², dado pela equação:
Q = 0,0028*C*i*A
onde:
Q é a vazão de projeto, em m³/s.
C é o coeficiente de escoamento.
i é a intensidade da precipitação, em mm/h.
A é a área da bacia de contribuição, em ha.
Elementos do InfraWorks, como superfícies de terreno e componentes de estradas, são reconhecidos como elementos nativos do Civil 3D. O elemento utilizado no Civil 3D para representar o bueiro de grota é a rede de tubulações ou pipe network.
Para criar o bueiro, na ribbon Home, na aba Create Design, selecione a opção Pipe Network Creation Tools em Pipe Network. A partir de um catálogo de estruturas e de tubulações, o bueiro pode ser criado. O Country Kit Brasil apresenta um catálogo genérico de drenagem e o usuário pode personalizar usando a ferramenta Part Builder.
Da mesma forma como as bacias de contribuição, estilos de visualização e de etiquetas (labels) podem ser atribuídos para o bueiro: para as bocas do bueiro e para a tubulação. A superfície do terreno natural e um alinhamento que representa o eixo do bueiro também são opções na criação do elemento.
O bueiro como pipe network pode ser associado à bacia de contribuição criada. Para o dimensionamento, na ribbon Analyse, na aba Design, no menu adicional acessado pela seta ao lado do nome da aba, selecione a opção Launch Express.
Uma nova janela abre com o Hydraflow Express Extension, um módulo de dimensionamento de drenagem do Civil 3D. Na aba Hydrology é possível definir um hidrograma unitário para a determinação da vazão de projeto.
A figura a seguir apresenta a interface do usuário, onde na tabela à esquerda são inseridos os parâmetros de entrada e de cálculo. À direita, tem-se o hidrograma unitário e abaixo os resultados em forma de tabela.
O hidrograma pode ser elaborado com base no método Racional, Racional Modificado ou SCS. Como entrada, o programa solicita informações da bacia de contribuição e da chuva de projeto. Os estudos hidrológicos com curvas Intensidade-Duração-Frequência (IDF) auxiliam no preenchimento das informações.
A partir da definição da vazão de projeto, o tamanho e o número de linhas do bueiro podem ser determinados na aba Culvert do Hydraflow Express Extension. A figura a seguir apresenta a interface do usuário, similar à interface do hidrograma.
No dimensionamento do bueiro, os seguintes parâmetros de entrada são solicitados para a tubulação (pipe):
Inv Elev Dn (m): cota da geratriz de jusante;
Length: comprimento do bueiro;
Slope (%): opcional, declividade do bueiro;
Inv Elev Up (m): opcional, cota da geratriz de montante;
Rise (mm): opcional, altura do bueiro;
Shape: formato do bueiro. Os formatos mais adotados no Brasil são do tipo circular ou celular.
Span (mm): opcional, largura do bueiro.
No. Barrels: número de linhas do bueiro;
n-value: coeficiente de Manning;
Culvert Type: tipo de bueiro a jusante;
Culvert Entrance: tipo de boca a jusante.
Os parâmetros entrada para o aterro (embankment) são:
Top Elev (m): cota do topo do aterro;
Top Width (m): largura do topo do aterro;
Crest Len (m): comprimento da crista do aterro.
Para o cálculo, solicita-se os dados de vazão. Caso o hidrograma unitário esteja definido, o programa adota os respectivos valores mínimos e máximos de vazão.
Q min (cm/s): valor mínimo de vazão;
Q max (cm/s): valor máximo de vazão;
Q incr (cm/s): valor incremental de vazão a ser utilizado nos cálculos;
Tailwater (m): nível de água a jusante. Esse nível não pode ser inferior a profundidade crítica. Quando isso ocorre, o programa ajusta automaticamente o valor para a profundidade crítica.
Para iniciar o processamento basta clicar no botão Run. O Hydraflow Express Extension apresenta um diagrama em que se é possível avaliar os parâmetros adotados. Nesse caso, nota-se que o bueiro não apresentou extravasão.
Para mais detalhes sobre o Hydraflow Express Extension, acesse o Manual do Usuário fornecido pela Autodesk.
Com o dimensionamento realizado, os ajustes de geometria podem ser realizados no bueiro. O Civil 3D possibilita a elaboração da documentação de projeto, incluindo perfis, vistas em planta e tabelas de quantitativos.
3. Coordenação no Navisworks
Em um projeto multidisciplinar de infraestrutura, muitos modelos são elaborados nas disciplinas. Para possibilitar a coordenação entre os modelos, a próxima etapa do fluxo de trabalho é a importação no Navisworks.
O software Navisworks, na ribbon Home, na aba Project, em Append permite importar arquivos em formato DWG do Civil 3D. O arquivo com o bueiro projetado pode ser inserido, os elementos de redes de tubulações serão reconhecidos. Ao trabalhar com mais de um modelo é importante atentar para o sistema de coordenadas utilizado.
Com o modelo no Navisworks, diversas propriedades do elemento estão disponíveis para consulta na aba Civil 3D. A figura a seguir apresenta um bueiro de grota e as respectivas propriedades das tubulações.
Por meio da ferramenta de quantificação, o Navisworks possibilita a associação dos quantitativos do elemento com tabelas de custo, como o Sistema de Custos Referenciais de Obras (SICRO).
Na ribbon Home, em Tools, selecione a ferramenta Quantification. Em Project Setup é possível selecionar um catálogo para organizar a extração de quantitativos. Nesse caso, existe a opção de personalização pelo usuário para criação de templates de tabelas.
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Sobre o autor:
Matheus Lima é Engenheiro Civil pela Universidade de Brasília (UnB). Experiência em Projetos de Infraestrutura com uso do Building Information Modeling (BIM) e Geographic Information Systems (GIS). Atualmente aluno do Master BIM para Infraestruturas, Engenharia Civil e GIS da Zigurat Global Institute. Fundador da página no Instagram @bim_infra. Professor de cursos livres de Projetos de Estradas com os softwares Autodesk Civil 3D e Infraworks.
Referências:
Jabôr, Marcos Augusto. (2019). DRENAGEM DE RODOVIAS: ESTUDOS HIDROLÓGICOS E PROJETO DE DRENAGEM.
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