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 Gelnhausen-Fulda. Com dois terços das opções de rota levantadas, com aproximadamente 100 quilômetros incluindo túneis, os projetistas enfrentaram vários desafios complexos relacionados a subsuperfície, dados e coordenação para criar os modelos geotécnicos em 3D.
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)
Para atender ao aumento estimado de 30% no número de passageiros até 2030, uma nova linha ferroviária de via dupla está sendo construída entre as cidades de Gelnhausen e Fulda, a nordeste de Frankfurt, na Alemanha. A nova linha de tráfego de alta velocidade tem seus benefícios, mas também traz desafios.
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 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.
Diante dos vários desafios complexos relacionados a subsuperfície, dados e coordenação para criar os modelos geotécnicos em 3D, Schneider e a equipe perceberam que havia uma 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 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.
240 km/h
A via de alta velocidade (até 240 km/h) atenderá um aumento do número de passageiros estimado em 30% até 2030.
9,5 km
O túnel mais longo entre Schlüchtern e Mittelkalbach tem uma distância de 9,5 quilômetros.
15 camadas
Mais de 100 furos de sondagem explorados e 15 camadas litológicas criadas, incluindo um sistema de falhas com 88 blocos de falhas.
Criação de um fluxo de trabalho digital de modelagem de informações de construção
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 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.
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”, comentou Schneider.
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 fluxo de trabalho digital perfeitamente integrado
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)
Gerenciamento de recursos e riscos para reduzir o 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.
Houve uma 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."
“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 possam se beneficiar das mesmas vantagens (especialmente quando se trata do meio ambiente)”, acrescentou Schneider.
A Prof. Quick und Kollegen foi finalista na categoria Subsuperfície e Modelagem do prestigiado prêmio YII – Going Digital Awards in Infrastructure da Bentley em 2023. O geólogo Thomas Schneider e sua equipe foram reconhecidos por usar o PLAXIS e o Leapfrog Works 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.