Artigo Dois: Fácil como contar até 3(D): otimização da modelagem de subsuperfícies para infraestrutura

A modelagem digital em 3D está revolucionando o campo da engenharia de solos na infraestrutura civil. Mas, para que o projeto obtenha sucesso, a modelagem em 3D é imprescindível?

No artigo anterior, mostramos como a modelagem em 3D com soluções digitais habilitadas para a nuvem ajuda a estabelecer uma comunicação eficaz entre stakeholders com ou sem conhecimentos técnicos.

Neste artigo, avaliamos o seguinte:

Neste artigo, você encontra insights dos seguintes profissionais:

Desde os primeiros modelos conceituais em 3D desenhados à mão na década de 1950 até os sofisticados modelos digitais em 3D dos dias de hoje, a modelagem de campo evoluiu muito. Essa transformação tecnológica resultou em uma modelagem de subsuperfície mais precisa e eficiente, estabelecendo um novo padrão para projetos de infraestrutura.

Porém, apesar desses avanços, o uso da modelagem em 3D na área da engenharia civil não é tão difundido quanto poderia ser.

As atuais barreiras para a modelagem em 3D

No passado, a modelagem de campo dependia significativamente de métodos tradicionais, como interpretações manuais e suposições fundamentadas.

Embora os engenheiros e profissionais geotécnicos estejam acostumados a usar plantas em 2D, seções transversais e relatórios impressos para demonstrar as condições da subsuperfície, hoje em dia, o modelo em 2D pode ser insuficiente para planejar projetos mais complexos.

Esse método pode gerar imprecisões relativas à complexidade dos ambientes da subsuperfície, o que torna o planejamento e a execução do projeto arriscados e ineficientes.

Então, por que muitos profissionais continuam usando a receita antiga?

Uma das principais barreiras à adoção da modelagem digital em 3D está no conforto e na familiaridade de muitos profissionais geotécnicos com os métodos tradicionais. Além disso, eles geralmente consideram os modelos em 3D desnecessariamente complexos ou intimidadores.

Outros têm a crença equivocada de que a modelagem em 3D é adequada apenas para determinados setores, como óleo e gás ou mineração, e não se aplica a projetos de infraestrutura convencionais.
No entanto, essa não é a realidade: os modelos de solo em 3D são usados em uma série de projetos de infraestrutura, desde transporte até desenvolvimento urbano.

Além disso, há a percepção de que as ferramentas de modelagem em 3D são complexas e têm uma curva de aprendizagem acentuada. Alguns engenheiros preferem métodos mais simples e acreditam que o tempo e o esforço necessários para aprender a usar e implantar um software de modelagem em 3D não justificam os benefícios, principalmente em projetos pequenos ou menos complexos.

A digitalização e o gerenciamento de dados também representam um grande desafio. Antigamente, os projetos armazenavam dados históricos em formatos não digitais, como relatórios impressos, o que dificultava a conversão de informações úteis em modelos em 3D viáveis. A integração de grandes volumes de dados de diversas fontes (como levantamentos geológicos, registros de furos de sondagem e resultados de testes geotécnicos) também pode ser uma tarefa difícil sem o uso das ferramentas e dos processos certos.

Avaliação e gerenciamento de riscos ainda melhores

Ao disponibilizar representações detalhadas e precisas das condições da subsuperfície, os modelos em 3D criados em plataformas para a nuvem, como o Leapfrog Works, permitem aos engenheiros identificar possíveis problemas no início do ciclo de vida do projeto.

Essa abordagem proativa:

As equipes de engenharia também podem integrar perfeitamente os modelos em 3D aos seus processos de engenharia e desenvolvimento de projetos. Isso, por sua vez, otimiza os fluxos de trabalho e melhora a eficiência dos projetos.

Melhorias na tomada de decisões ambientais e de sustentabilidade

A compreensão das condições da subsuperfície com a modelagem em 3D permite que os engenheiros tomem decisões com base em informações mais detalhadas que permitam práticas sustentáveis.

Por exemplo, os modelos em 3D detalhados também ajudam os engenheiros civis a:

História de sucesso: modelagem em 3D em ação

Atualmente, a modelagem em 3D é aplicada a vários tipos de projetos de geologia de engenharia, desde a avaliação da escavabilidade e da construção de túneis até o controle de deslizamentos de terra, a fim de visualizar estruturas geológicas complexas.

O projeto City Rail Link de Auckland é um excelente exemplo do valor prático da modelagem de subsuperfície em 3D no desenvolvimento de infraestrutura. Com o uso de modelos geológicos em 3D, os engenheiros do projeto puderam compreender e divulgar com eficácia os riscos e processos, como a localização de fluxos de lava de basalto extremamente rígida em comparação com materiais de preenchimento mais flexíveis.

Os consultores de engenharia da Aurecon usam nossa ferramenta Leapfrog Works não apenas para visualizar dados de forma eficaz, mas também para compartilhá-los, de forma acessível, com equipes técnicas e não técnicas de modo mais amplo.

Em projetos de infraestrutura, a escolha entre modelagem em 1D, 2D ou 3D é essencial para garantir que as avaliações geotécnicas sejam mais precisas e eficientes.

Compreender quando e como integrar a análise em 3D melhora significativamente os resultados do projeto, principalmente quando há limitações evidentes no uso de métodos em 1D e 2D.

O papel das análises em 1D e 2D

Os consultores geralmente utilizam análises em 1D e 2D devido à sua relativa facilidade de uso e eficiência.

Em muitos projetos de infraestrutura civil (principalmente aqueles de natureza linear, como rodovias e tubulações), as seções transversais em 2D costumam fornecer detalhes suficientes para uma modelagem precisa. Isso torna a análise em 2D uma opção mais rápida e prática quando há restrições de tempo e orçamento limitando o escopo da coleta de dados.

Consequentemente, os consultores são incentivados a adotar a abordagem de modelagem mais simples que atenda às necessidades do projeto, visando evitar uma complexidade desnecessária que poderia causar desperdício de recursos.

Portanto, ao conduzir análises em 1D e 2D, os engenheiros podem se concentrar nos aspectos essenciais do projeto sem a sobrecarga da complexidade inerente a um modelo em 3D completo. Isso pode ser eficaz principalmente na engenharia geotécnica, pois ajuda os profissionais a se concentrarem nos principais fatores que influenciam o sucesso do projeto.

Em muitos dos projetos de infraestrutura civil mais comuns, a análise em 2D coleta dados das condições essenciais da subsuperfície, o que garante uma tomada de decisão eficaz.

Quando realizar análise em 1D e 2D não é suficiente

Há casos, entretanto, em que análises em 1D e 2D não são suficientes, principalmente ao lidar com geometrias complexas ou condições que não podem ser facilmente simplificadas.

Por exemplo, na mineração, instalações de armazenamento de rejeitos podem apresentar seções longas e retas que são adequadas para a modelagem em 2D. Porém, elas também podem incluir cantos ou áreas de relevo subjacente extremamente variável. Nesses casos, modelos em 2D não conseguem coletar dados de toda a complexidade, o que pode se tornar crítico se a estabilidade for marginal ou se for necessário estimar a quantidade de infiltrações.

Da mesma forma, os projetos de infraestrutura que incluem estruturas complexas de barragem, cavas a céu aberto, escavações ou barragens com poropressão alta normalmente exigem detalhes mais sutis, que somente a análise em 3D pode propiciar.

Uma análise completa de infiltração em 3D que precise incorporar efeitos climáticos ou a avaliação da estabilidade de uma rodovia em uma região montanhosa, por exemplo, pode revelar insights importantes que modelos mais simples não conseguiriam identificar.

A melhor solução? Combinar análises em 1D, 2D e 3D

A combinação eficaz de análises em 1D, 2D e 3D no mesmo projeto permite que os engenheiros aproveitem os pontos fortes de cada abordagem de modelagem.

Com ferramentas como o GeoStudio, é possível integrar vários tipos de geometria em um único arquivo do projeto. Dessa forma, os engenheiros podem extrudar rapidamente seções transversais em 2D para modelos em 3D, o que os ajuda a avaliar se as condições em 3D influenciam significativamente os resultados gerais.

Com essa abordagem, os engenheiros podem:

Por exemplo, a execução de modelos em 1D em vários pontos críticos de um domínio em 3D (como diferentes localizações em uma encosta ou no topo de uma colina) ajuda a fornecer uma análise focada para coletar variações, sem a necessidade de criar um modelo em 3D completo em cada etapa.

Com essa estratégia geral, os consultores podem começar com modelos em 1D ou 2D para obter simplicidade e eficiência e optar por usar análise em 3D quando condições específicas (como propriedades complexas de materiais) assim o exigirem.

História de sucesso: análise em 2D e 3D em ação

Este projeto de engenharia geotécnica da SAIDEL Engineering combinou análise em 2D com modelagem em 3D para avaliar a construção do primeiro edifício residencial de Bucareste acima de túneis do metrô da cidade.

Com o uso da avançada ferramenta de modelagem PLAXIS da Seequent, os engenheiros conseguiram lidar com condições complexas de materiais que não poderiam ser totalmente coletadas apenas com a análise em 2D. Isso não só ajudou a equipe a otimizar o processo de modelagem, mas também permitiu atender aos requisitos do projeto sem adicionar complexidade desnecessária, o que resultou em economia de tempo e dinheiro para o cliente.

Com a modelagem de subsuperfície em 3D cada vez mais consolidada no setor de infraestrutura civil, o futuro da modelagem em 3D parece promissor.

À medida que as mudanças climáticas continuam afetando o planeta (desde o aquecimento global até a frequência cada vez maior de eventos climáticos extremos), a modelagem em 3D assumirá um papel essencial na sustentabilidade e na otimização de recursos e pessoal. Isso permitirá que os projetos se adaptem a cenários ambientais mais complexos.

O segredo para seu sucesso contínuo, no entanto, está na combinação de técnicas de modelagem conceitual e observacional, principalmente quando a inteligência artificial e o aprendizado de máquina entram em cena para aprimorar recursos de software.

Porém, inteligência artificial e aprendizado de máquina não são infalíveis.

Por isso, é mais importante do que nunca garantir que pessoas validem continuamente os modelos e informem qualquer incerteza a outros stakeholders para garantir o planejamento e o gerenciamento eficazes do projeto.