O objetivo da ampliação da Stephenson Avenue em Perth, na Austrália Ocidental, é melhorar o tráfego e as conexões, além de aumentar a sua capacidade. No entanto, o levantamento das condições do local mostrou que as taxas variáveis de recalque do solo eram um grande obstáculo.
Como a equipe de engenharia geotécnica da WSP encontrou a solução certa para melhoria do solo entre mais de 160 diferentes combinações de projetos? Usando o rápido e eficiente recurso de automação do PLAXIS com Python.
A segunda fase da ampliação da Stephenson Avenue (com custo de US$ 165 milhões) é um grande e complexo projeto de infraestrutura rodoviária em andamento em Perth, na Austrália Ocidental.
A conclusão dessa ampliação, que inclui um viaduto para tráfego de veículos que cruzam a movimentada Mitchell Freeway (construída no início dos anos 1980) e a melhoria do solo do local, está prevista para 2024.
Os dados coletados com a técnica InSAR ao longo de seis anos até 2020 revelaram que, embora a rodovia tenha sido construída há 40 anos, o local proposto para ampliação ainda está assentando a taxas variáveis até alguns milímetros por ano.
O solo de pântano de turfa altamente compressível nivelado com areia sob um estrato de areia grossa torna as condições do solo desafiadoras.
“Se os aterros e as rampas de acesso a viadutos fossem construídos sem melhoria do solo, a turfa continuaria assentando de maneira significativa”, afirmou Shan Tom Wong, engenheiro geotécnico responsável da WSP na Austrália.
O Controlled Modulus Columns (CMC)® é um método para melhoria do solo que o reforça com uma rede de colunas de concreto (crédito da imagem: WSP)
Modelagem de vários cenários com facilidade e eficiência
A WSP fornece serviços líderes mundiais de engenharia e desenvolvimento de projetos para vários setores, como transporte e infraestrutura.
Shan Tom faz parte da equipe geotécnica liderada pelo diretor técnico da WSP, Simon Tan, que está desenvolvendo este importante projeto de infraestrutura de transportes.
A equipe selecionou o método de melhoria do solo com instalação de colunas de concreto até o estrato de areia grossa abaixo da camada de turfa. Três variáveis essenciais de projeto (espessura da turfa, altura do aterro e espaçamento entre as colunas de concreto) resultaram em 160 combinações de projetos a serem analisadas.
“Seria muito trabalhoso criar tantos modelos individualmente e, em caso de qualquer erro ou descuido, o modelo precisaria ser refinado ou corrigido”, explicou Simon.
“Decidimos usar o recurso rápido e eficiente de automação do PLAXIS com Python.”
Parte dos produtos líderes mundiais da Seequent para dados geotécnicos, o inovador software para modelagem em 2D e 3D PLAXIS permite projetar e realizar análises avançadas de deformação de solo e rochas com elementos finitos.
Após algumas iterações para melhorar o código Python, as análises do PLAXIS foram automatizadas para modelar de forma fácil e eficiente todas as 160 diferentes combinações de projetos.
Fluxograma de desenvolvimento de projetos mostra a análise automatizada do método Controlled Modulus Columns (CMC)® com simetria axial combinada a modelos do PLAXIS gerados por programação em Python (crédito da imagem: WSP)
A vantagem desse algoritmo? Simplificação
À medida que os projetos avançam e surgem novas informações, geralmente, os engenheiros geotécnicos se concentram em tarefas repetitivas desses projetos ou reavaliam os modelos dos projetos para fazer pequenos ajustes.
“Nos casos em que uma ou mais alterações afetaram muitos modelos, o uso do PLAXIS com Python para encontrar uma solução de melhoria do solo nos ajudou a economizar tempo e custos”, comentou Shan Tom.
A equipe iniciou com um modelo numérico em 2D com simetria axial no PLAXIS. Posteriormente, eles recorreram à experiência do colega Douglas Tun, engenheiro geotécnico da WSP em Brisbane, para codificação em Python.
O engenheiro Douglas usou o wrapper em Python para a interface de programação de aplicações (API, Application Programming Interface) do PLAXIS, que é fornecida como parte do programa PLAXIS.
Seus estudos de doutorado incluíram o desenvolvimento de uma série de algoritmos de inteligência artificial e otimização para desenvolvimento de projetos geotécnicos. Uma ferramenta para otimização simples e eficiente foi a busca linear ou o algoritmo de força bruta.
“O objetivo do algoritmo é buscar por um elemento específico em um arranjo ou uma lista e verificar cada elemento em sequência até encontrar o elemento-alvo ou até chegar ao fim do arranjo.
É muito simples e fácil compreender e, o mais importante, é confiável e sempre funciona”, explicou Douglas.
Esse vídeo de 1 minuto mostra como a WSP desenvolveu com eficiência a solução certa de melhoria do solo usando o PLAXIS com Python.
Otimização do projeto usando o PLAXIS com Python
A construção da ampliação da rodovia continua em plena atividade, e aproximadamente 80% das colunas de concreto já foram instaladas este ano.
“Como a turfa tem um recalque significativo de fluência a longo prazo, a camada compressível foi modelada usando o modelo de fluência de solo macio”, comentou Simon.
Os recalques com aproximadamente cinco e quarenta anos foram criados em arquivos de dados para geração de gráficos.
O exercício envolveu a análise de 160 modelos com simetria axial, armazenamento de arquivos de dados e geração de gráficos. Tudo foi automatizado para permitir a visualização e a fácil interpretação dos resultados.
“A seleção adequada de espaçamentos entre colunas preliminares em modelos em 3D seria muito demorada. Portanto, a decisão preliminar foi baseada nos gráficos de recalque em 2D antes da realização de mais análises detalhadas usando o PLAXIS 3D.
O modelo em 3D inclui elementos complementares, como um muro de contenção, para simular deslocamentos laterais do solo e da parede ao longo do tempo”, explicou Simon.
O PLAXIS com Python é eficiente, econômico e oferece ótima visualização de resultados.
A equipe geotécnica da WSP concorda que o uso do PLAXIS com Python pode ter muitas outras possíveis aplicações, principalmente quando se trata de tarefas repetitivas de desenvolvimento de projetos, pois ajuda a economizar tempo e custos em projetos de infraestrutura.