Alunos da Poli desenvolvem software para análise paramétrica de estruturas em madeira e recebem reconhecimento internacional

Os engenheiros João Pini e Márcio Sartorelli transformaram seu TCC em um plug-in para Grasshopper que tem sido utilizada no mercado de construtoras, e conquistam projeção na Europa

Iniciado como um trabalho de conclusão de curso na Escola Politécnica (Poli) da USP, o projeto dos agora engenheiros civis João Pini e Márcio Sartorelli vem ganhando destaque nacional e internacional nos negócios de estruturas de madeira para construção civil. O TCC se transformou no Beaver, um software de análise estrutural que permite a avaliação paramétrica de segurança estrutural para estruturas em madeira segundo o Eurocode 5. Hoje, os engenheiros participam de eventos internacionais apresentando a plataforma, ministram aulas sobre o assunto e continuam trabalhando no desenvolvimento do programa. 

 

A ideia era desenvolver um plug-in que permitisse a realização de análises estruturais, partindo de softwares que já existiam, para extrair os resultados e fazer uma verificação de estruturas — ou seja, verificar se os elementos estão seguros, se a madeira não vai romper e  se todos os critérios de serviço foram cumpridos. Assim, criaram um fluxo de trabalho dentro deste contexto, onde o projetista consegue fazer desde a concepção até as etapas finais e últimos detalhes de conexões dos elementos de um projeto, tudo dentro de uma mesma interface. “Dessa forma é possível organizar tudo isso em um fluxo único e automatizar, incluindo os fatores de avaliação de segurança”, conta Márcio. 

 

O projeto nasceu de uma combinação de campos de estudo. Márcio começou a ter interesse na área da programação e estruturas ainda na iniciação científica, com a orientação e incentivo do professor Ruy Pauletti – do Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica (PEF) da Poli -, em seguida estudando o conceito de design paramétrico de estruturas. João havia desenvolvido um interesse pela estruturas em madeira engenheirada e com apoio do engenheiro Hélio Olga, um ex-politécnico de destaque no setor, passou a  estudar o assunto mais a fundo. Unindo essas duas frentes de interesse, com a expertise em programação de Arthur Cruz, outro participante do grupo, nasceu o Beaver. 

Itens do plug-in. Imagem: Divulgação Beaver.

Como o curso de Engenharia Civil foca no uso de concreto e aço, os alunos viram no projeto uma oportunidade para aprender mais sobre essa tema. Os estudantes visitaram fabricantes e especialistas em madeira engenheirada, como foi o caso da ITA Construtora, onde trabalha João hoje implementando o método de design estrutural paramétrico. Com o amadurecimento da ideia durante o TCC, eles uniram ao que já vinham pesquisando — desenho e análise paramétrica, automação de processos e interfaces amigáveis — com o contexto da madeira, somado a um estudo das técnicas envolvidas. O resultado, na verdade, é um plug-in ligado a dois softwares: um de desenho e projeto digital (Rhinoceros) e outro que permite a manipulação paramétrica — basicamente, a associação de algoritmos com desenhos da estrutura (Grasshopper).

 

Como um recurso complementar, o Beaver funciona dentro do Grasshopper em uma interface que agrega o desenho vinculado à programação ao cálculo estrutural. Com este último, obtém-se os dados dos esforços nos elementos. Então, o Beaver atua de forma a verificar a segurança de tal resultado no material, amarrando os processos.

 

São muitos os benefícios de ter tudo integrado no mesmo software. Primeiro, é possível verificar o que acontece com o comportamento estrutural em análises mais aprofundadas; o estudo do arranjo estrutural é feito de uma maneira mais rápida do que seria num software manual. A automação dos processos de desenho e cálculos é possível sem recursos prontos de softwares de cálculo, uma vez que o Beaver funciona dentro de uma plataforma de programação.Tal versatilidade permite ao usuário o trabalho com estruturas mais complexas, como estruturas “free form” (forma livre), que não tem um arranjo claro inicialmente e vão ganhando forma a partir do desempenho estrutural. Assim, a ferramenta permite a viabilização de projetos que não seriam facilmente realizados com ferramentas convencionais. 

 

O trabalho ganhou visibilidade pois foi o primeiro a fazer um plug-in de análise de estruturas de madeiras seguindo as regras internacionais dentro do software Grasshopper. “A madeira está crescendo muito, o interesse das pessoas no software é bem grande, já que pode ser usado em universidades para ensinar o comportamento do material, ele é mais amigável que um software de cálculo mais clássico”, explica João. Os planos da dupla são a utilização do Beaver para o uso profissional da engenharia, expandindo para campos de ensino de estruturas de madeira, que pode atingir tanto engenheiros como arquitetos.

Interface do Beaver. Imagem: Divulgação Beaver.

Durante o desenvolvimento do software, os idealizadores aplicaram a ferramenta em seus estágios e empregos fora da universidade. Os desenvolvedores contam que as empresas demonstraram interesse nesse novo fluxo em que estavam trabalhando. Atualmente, estão usando para fazer design de estruturas de madeira e avaliações de segurança, já que os programas que automatizam e interligam esse processo ajudam a trabalhar com o design de conexões de madeira, um processo complicado devido às grandes restrições dadas pela geometria.

 

Um dos maiores obstáculos que enfrentaram durante o processo de criação foi a transposição das regras e procedimentos para o sistema, compondo um fluxograma de cálculos de uso prático. “Foi um desafio pegar a norma e colocar de forma direta e simples, e fazer a análise usando os recursos de programação”, conta Márcio. As conexões de madeira, que possuem procedimentos complicados, foram outra adversidade. “Envolver todos os processos de uma estrutura de madeira foi um desafio, tanto que o software só ficou pronto para uso dois anos e meio após o início dos trabalhos”, completa João. Apesar das dificuldades, os estudantes se empolgaram com o projeto e decidiram levar até o final, disponibilizando-o como um plug-in aberto que serve para todo o tipo de vigas de madeira.

 

A presença dos professores da Poli foi decisiva para a realização do projeto, principalmente pela característica de busca pela inovação do corpo docente. O professor Ruy Pauletti, mesmo não sendo especialista na área, é um grande entusiasta da madeira e incentivou o trabalho da dupla. O orientador do trabalho de conclusão de curso, professor Pedro Wellington Gonçalves do Nascimento, também do PEF, trabalhou com estruturas de madeira e foi de grande ajuda dando ideias e  ajudando a aprimorar o projeto. 

 

Atualmente, os engenheiros estão fazendo contatos ao redor do mundo e buscando parcerias para ampliar ainda mais o trabalho. Uma ideia para o futuro é expandir da análise de vigas e colunas para painéis e outros tipos de estruturas, estando sempre atentos às tendências e novidades. Márcio está desenvolvendo seu mestrado na Poli em análise de tensoestruturas, onde está desenvolvendo um programa de análise estrutural por elementos finitos dentro do Grasshopper, o qual contará com integração direta com o Beaver. A dupla foi convidada para apresentar o software numa aula internacional, dentro de uma série de palestras sobre Madeira Engenheirada, para uma plataforma voltada a engenheiros e arquitetos (Perfomance Network). O plug-in está sendo bem recebido na Europa, despertando o interesse de muitas pessoas que querem colaborar com o projeto. Segundo João e Márcio, a ideia é continuar o projeto de forma open source a longo prazo. 

Saiba mais sobre o projeto no canal do YouTube do Beaver e sobre as aplicações dele nesse portfólio e nesse site. Outras informações pelo e-mail marcio.sartorelli.souza@usp.br.