Uma nova linha de tráfego de alta velocidade na Alemanha eliminará congestionamentos e reduzirá o tempo de viagem para atender ao aumento de passageiros ao longo da linha ferroviária entre Gelnhausene Fulda. Na análise de dois terços das opções de rota, com aproximadamente 100 quilômetros que incluem túneis, os projetistas enfrentaram vários desafios complexos relacionados a subsuperfície, dados e coordenação para criar os modelos geotécnicos em 3D.
Para atender ao aumento do número de passageiros, estimado em 30% até 2030, uma nova linha de via dupla para tráfego até 240 km/h será construída entre as cidades de Gelnhausen e Fulda, a nordeste de Frankfurt.
A Prof. Quick und Kollegen, empresa de consultoria especializada em engenharia civil e geotécnica, foi contratada pela Deutsche Bahn Netz AG para determinar a melhor opção de via ferroviária e explorar a viabilidade geotécnica dos túneis protegendo o meio ambiente e a comunidade local.
“Realizamos um levantamento da subsuperfície de duas possíveis rotas, de aproximadamente 50 quilômetros cada, com cerca de dois terços do total de 100 quilômetros em túneis”, comentou Thomas Schneider, geólogo da Prof. Quick und Kollegen.
Diante dos vários desafios complexos relacionados a subsuperfície, dados e coordenação para criar os modelos geotécnicos em 3D, Schneider e a equipe perceberam a necessidade de fluxos de trabalho para modelagem de informações de construção (BIM, Building Information Modelling) em um ambiente de dados integrado e colaborativo.
Aproveitando o PLAXIS e o Leapfrog Works da Bentley e da Seequent, eles criaram um modelo de solo em 3D para desenvolver uma compreensão comum de base para cálculos geotécnicos precisos.
“Com a tecnologia inovadora e integrada de modelagem de solo em 3D da Bentley e da Seequent, todo o nosso projeto pode obter o mais alto padrão possível de produtividade, eficiência e segurança com as melhores soluções ecológicas e econômicas”, assegurou Schneider.
Métricas rápidas:
- A via de alta velocidade (até 240 km/h) atenderá um aumento do número de passageiros estimado em 30% até 2030.
- Análise de dois terços das opções de rota com aproximadamente 100 quilômetros que incluem túneis.
- O túnel mais longo entre Schlüchtern e Mittelkalbach tem uma distância de 9,5 quilômetros.
- Mais de 100 furos de sondagem explorados e 15 camadas litológicas criadas incluindo um sistema de falhas com 88 blocos de falhas.
Thomas Schneider, geólogo da Prof. Quick und Kollegen, comenta sobre o seu projeto para determinar a melhor opção de via ferroviária de alta velocidade e explorar a viabilidade técnica dos túneis (Crédito do vídeo: Prof. Quick und Kollegen)
Criação da BIM digital do fluxo de trabalho para definir a viabilidade geotécnica de túneis.
Com foco na viabilidade geotécnica dos túneis, a exploração da subsuperfície realizada pela Prof. Quick und Kollegen envolveu a coordenação e a avaliação de várias fontes de informação, como perfuração, levantamentos geofísicos, sondagens e testes de laboratório.
“Com os nossos levantamentos de campo e registros de arquivos oficiais, obtivemos bons insights sobre dados geológicos para nos ajudar a compreender a subsuperfície da área do nosso projeto. Mas essas informações só estavam disponíveis em formato 2D e, muitas vezes, eram visualizadas isoladamente”, explicou Schneider.
Um motivo importante para a escolha da tecnologia 3D da Bentley e da Seequent foi a capacidade de digitalização dos dados da exploração de mais de 100 furos de sondagem e criação de 15 camadas litológicas em um sistema de falhas incrivelmente complexo.
“Representar a complexa subsuperfície com precisão para incluir todos os 88 blocos de falhas foi uma das principais preocupações da nossa equipe. Não tínhamos certeza se algum software (até mesmo o Leapfrog Works) teria os recursos, mas ficamos entusiasmados ao descobrir que ele tinha. E as equipes da Bentley e da Seequent trabalharam em estreita colaboração conosco para enfrentar esse desafio", comentou Schneider.
“Com o Leapfrog, foi possível vincular as camadas tectônicas aos nossos perfis geológicos para verificar as informações dos furos de sondagem e dos levantamentos geofísicos com atenção especial a todas as linhas de falhas que interagiam com as linhas ferroviárias”, destacou ele.
A equipe criou um fluxo de trabalho digital usando as soluções da Bentley e da Seequent para modelar duas opções de linha ferroviária de aproximadamente 50 quilômetros de extensão, de Gelnhausen a Fulda, na Alemanha (Crédito da imagem: Prof. Quick und Kollegen)
Os benefícios de um gêmeo digital preciso e de um fluxo de trabalho digital contínuo
Schneider e a equipe aproveitaram a interoperabilidade entre o PLAXIS 2D da Bentley e o Leapfrog Works da Seequent para realizar os cálculos geotécnicos com precisão.
“Para obter mais precisão, importamos os dados digitais do terreno e integramos as digitalizações topográficas realizadas por drones em nosso modelo em 3D. Nós também usamos mapas geológicos e informações oficiais de furos de sondagem para criar perfis georreferenciados combinados com as vias ferroviárias planejadas.
Conseguimos integrar continuamente as medições de águas subterrâneas em nosso modelo de subsuperfície para criar um modelo de águas subterrâneas atribuído como fonte de monitoramento e para cálculos complementares”, destacou Schneider.
“Como uma parte significativa das rotas passa por túneis, também usamos o nosso modelo para definir o posicionamento do túnel na subsuperfície. Além disso, aplicamos o método de corte e preenchimento para definir o volume de material escavado e gerenciar quaisquer possíveis riscos”, acrescentou ele.
O resultado foi um modelo em 3D de subsuperfície altamente detalhado (com seções transversais, seções transversais longas e seções em série de alinhamento) que captam de forma abrangente a área de 200 metros ao longo das ferrovias.
“Agora, temos um gêmeo digital preciso das duas opções de via ferroviária em um fluxo de trabalho digital contínuo e um ambiente de dados comum, colaborativo e acessível a todos os stakeholders do projeto, que pode continuar apoiando todas as etapas do projeto”, afirmou Schneider.
Modelo em 3D mostra a interoperabilidade entre o Leapfrog Works e o PLAXIS 2D para determinar a deformação geotécnica na subsuperfície da área dos tubos do túnel planejado (Crédito da imagem: Prof. Quick und Kollegen)
Melhor gerenciamento dos recursos e dos riscos. Redução do impacto no meio ambiente e na comunidade.
O uso de métodos de BIM em engenharia geotécnica é um projeto pioneiro para o Schneider e a equipe da Prof. Quick und Kollegen. Eles esperam obter muitas outras vantagens com o uso da tecnologia da Bentley e da Seequent à medida que o projeto Gelnhausen-Fulda avança.
“Os efeitos positivos já podem ser vistos na comunicação clara entre os envolvidos (internos e externos) no projeto, que, além de compartilhamento dinâmico, também resulta em economia de tempo.
Além disso, houve mudança significativa na forma como os projetos são abordados. Com a consolidação de todas as informações necessárias em um modelo único e transparente em 3D, acessado em um ambiente de dados baseado na nuvem, todos trabalham com mais motivação e uma rotina diária mais simples e otimizada”, explicou Schneider.
“Embora as metas do projeto da nova ferrovia de alta velocidade incluam o gerenciamento do crescente número de passageiros e a prevenção de congestionamento do tráfego, a capacidade de planejar a viabilidade geotécnica dos túneis também desempenha um papel fundamental para melhorar o gerenciamento de recursos e riscos e para reduzir o impacto sobre as pessoas e o meio ambiente”, comentou Schneider.
“De modo geral, os túneis ajudarão a preservar a natureza e garantirão que as comunidades não sejam afetadas negativamente, pois reduzirão significativamente o ruído do tráfego de mercadorias nas cidades e povoados locais.
Esperamos que a nossa história com o Leapfrog ajude a motivar outras empresas e equipes de engenharia geotécnica a adaptarem seus modos de trabalho para os métodos de BIM para que, e especialmente o meio ambiente, possam se beneficiar das mesmas vantagens”, declarou ele.
A Prof. Quick und Kollegen foi finalista na categoria Subsuperfície e Modelagem do prestigioso prêmio YII – Going Digital in Infrastructure da Bentley em 2023. O geólogo Thomas Schneider e sua equipe foram reconhecidos por usar o PLAXIS e o Leapfrog Works da Bentley e da Seequent para determinar um fluxo de trabalho de BIM e um modelo em 3D para uma nova linha ferroviária de alta velocidade na Alemanha.