Os principais projetos de infraestrutura precisam compreender as condições do solo e das águas subterrâneas de maneira contínua para tomar as melhores decisões relacionadas à engenharia. A solução dinâmica de modelagem em 3D do solo, o Leapfrog Works, ajudou a Arup a criar com eficácia um modelo digital da geologia para a ferrovia Crossrail 2 em Londres.
O projeto
A Arup, empresa de serviços profissionais multidisciplinares, foi contratada pela Transport for London (TfL) para desenvolver um modelo em 3D do solo a fim de identificar riscos geológicos ao longo da rota, divulgar as primeiras decisões sobre o projeto e fornecer uma ferramenta inigualável de gerenciamento de riscos geotécnicos para o projeto.
A ferrovia proposta ligará as redes ferroviárias nacionais em Surrey e Hertfordshire com um túnel subterrâneo de aproximadamente 30 km. O Leapfrog Works foi usado para desenvolver esse detalhado modelo em 3D do solo com o objetivo de compreender as condições do solo e das água subterrânea que afetam as decisões de engenharia. Evitar ou reduzir os riscos, que quaisquer perigos potenciais representavam, foi essencial para permitir estimativas eficientes e realistas do planejamento e dos custos do projeto.
O Leapfrog Works é uma solução dinâmica de modelagem em 3D de subsuperfícies que transforma dados complexos em modelos claros e fáceis de interpretar. O Works ajuda a visualizar e compreender a geologia para garantir comunicação e melhores decisões relacionadas a projetos de engenharia civil. Os modelos geológicos também podem ser facilmente combinados a projetos de engenharia, fluxos de trabalho de modelagem de informações de construção (BIM, Building Information Modelling) e modelos de fluxo de águas subterrâneas para reduzir ainda mais os riscos e melhorar a tomada de decisões.
Segundo Stuart Mills, diretor de infraestrutura da Arup em Hong Kong, “o Leapfrog Works permitiu visualizar o modelo de base geológica e outros formatos de dados geológicos em 3D, melhorar o modelo e divulgar com eficiência as incertezas e a variação espacial da geologia. Foi possível incluir as superfícies geológicas na abordagem orientada por dados para tomar as decisões relacionadas ao projeto, que nos orientam em direção à automação digital do projeto de engenharia. Ser capaz de ter esse fluxo de trabalho orientado por dados desde o início do projeto foi muito valioso e valorizado por nós e pela Transport for London.”
Situação
A nova ferrovia vai melhorar o acesso de e para Londres em toda a região sudeste do Reino Unido e também vai reduzir de maneira significativa o congestionamento nos serviços existentes do metrô e da ferrovia nacional. A ferrovia Crossrail 2 vai gerar 200.000 empregos, estimular a construção de 200.000 novas casas em toda a região e também aumentar a capacidade ferroviária de Londres em 10% complementando, assim, outros grandes projetos de transporte nacional, como a ferrovia High Speed 2.
A ferrovia Crossrail 2 está na fase inicial de planejamento. A TfL espera obter permissão do governo do Reino Unido para iniciar a construção da ferrovia Crossrail 2 no fim da década de 2020 e disponibilizar a nova linha ao público na década de 2030.
As condições do solo e das águas subterrâneas afetam vários aspectos de engenharia, como projeto de alinhamento, opções de melhoria do solo, requisitos para gestão das águas subterrâneas e seleção do método de construção. Esses aspectos, por sua vez, podem afetar de maneira significativa a capacidade de construção das estruturas propostas, os custos e o planejamento do projeto.
Grandes projetos de infraestrutura avançam à medida que ganham força política e financiamento público para desenvolver esses projetos e realizar levantamentos. No entanto, no início de um projeto, antes que novos levantamentos terrestres sejam realizados, as principais decisões precisam ser tomadas com base em informações confiáveis, incluindo uma compreensão do solo e seu impacto em todo o projeto.
A necessidade de um modelo geológico em 3D detalhado foi, portanto, identificada na fase inicial de viabilidade do projeto. Foi importante garantir que a natureza e a potencial distribuição dos riscos relacionados ao solo fossem compreendidas desde o início usando as informações geológicas disponíveis. A fase inicial para evitar ou reduzir os riscos que esses perigos representam foi essencial para permitir estimativas eficientes e realistas do planejamento e dos custos do projeto a serem realizadas.
Resposta
O trabalho de desenvolvimento do modelo estratigráfico do projeto da ferrovia Crossrail 2 foi iniciado no início de 2018. Um resumo do modelo em 3D da Bacia de Londres, realizado pela instituição The British Geological Survey (BGS) na escala 1:50.000, foi adotado como o modelo estratigráfico de linha de base. O Leapfrog Works foi usado para integrar informações complementares disponíveis como furos de sondagem adicionais, modelos digitais de alta resolução do solo, publicações históricas e recentes sobre a construção do metrô de Londres, além de outros grandes projetos de infraestrutura, como Thames Water Ring Main, Crossrail, Thames Tideway e outros.
Charlene Ting, Geóloga Sênior de Engenharia da Arup, explicou que “o Leapfrog Works foi usado para refinar o modelo estratigráfico do projeto de linha de base. Esse modelo foi revisado em locais prioritários para refletir a geologia local em vez da geologia regional e, assim, torná-lo mais adequado aos requisitos do projeto. Desenvolver um modelo de solo é um processo iterativo, por isso é essencial poder atualizá-lo com novas informações. O recurso de atualização dinâmica do Works permitiu fazer isso com facilidade.” Esses locais prioritários foram selecionados com base em uma combinação de fatores, que incluem os locais das estações propostas e as áreas onde as superfícies geológicas modeladas pela instituição BGS variaram de maneira significativa dos registros complementares de furos de sondagem. Os pontos originais de controle foram alterados para melhor corresponder aos dados topográficos de alta resolução.
Charlene explicou que “como exemplo do uso do Leapfrog Works, uma seção transversal em 2D foi usada inicialmente para ilustrar as condições do solo em um local, mas foi difícil divulgar a variabilidade lateral e vertical na estratigrafia, que eram localmente complexas devido à presença de potencial falhas ou dobramentos. Usando o Leapfrog Works, foi possível demonstrar que os furos de sondagem apresentados na seção transversal em 2D estavam realmente desviados da estrutura proposta. Também foi possível georreferenciar verticalmente seções transversais de publicações existentes para complementar os dados dos furos de sondagem dispersos e também visualizar as condições complexas do solo daquele local. Pontos adicionais de controle foram criados para ‘digitalizar’ as seções transversais publicadas. Isso melhorou a compreensão do solo, destacou lacunas de dados e incertezas com eficiência e também divulgou as decisões da grande equipe em relação ao alinhamento vertical dos túneis propostos, projeto das estações e requisitos de melhoria do solo.”
Usado em combinação com outras ferramentas digitais, o Leapfrog Works foi criado para garantir compatibilidade com os fluxos de trabalho existentes. Devido à compatibilidade do Works com CAD e o GIS, a equipe operou de maneira integrada e eficiente o ArcGIS e algumas ferramentas, como Bentley gINT, InRoads, MicroStation e Autodesk AutoCAD.
Resultado final
“O uso do Leapfrog Works nos ajudou a identificar locais de maior incerteza geológica de maneira mais eficiente, e buscamos várias fontes de informações geológicas disponíveis sobre a área para análises mais detalhadas. Ser capaz de destacar essas áreas de incerteza nos ajudou a direcionar qualquer levantamento terrestre complementar e aumentar a eficiência no planejamento de trabalhos futuros.”
Charlene Ting, Geóloga Sênior de Engenharia, Arup
As superfícies geológicas em 3D refinadas foram posteriormente incluídas em uma abordagem baseada em dados para divulgar as decisões sobre o projeto, e as iterações de atalho do desenvolvimento de seções transversais em 2D ao longo de novos alinhamentos e em estruturas essenciais de construção civil (como eixos, portais e cavernas), e também informar avaliações dinâmicas de riscos de divergências e obstruções.
Charlene Ting explicou que “se o alinhamento fosse alterado, era possível atualizar o modelo e ver como seria após o novo alinhamento. Na época, outras ferramentas estavam disponíveis mas, além de serem lentas, exigiam um alto nível de conhecimento em geoestatística. O Leapfrog Works foi a solução rápida e fácil com funções de base radial rápida e nos ajudou a realizar esse processo de refinamento iterativo.”
Os resultados dos diferentes métodos de interpolação foram comparados e houve uma boa concordância. A validação do modelo é planejada quando mais dados são disponibilizados.
Ajuda para comunicação visual
As ferramentas de colaboração do Leapfrog (View e Viewer) foram usadas para compartilhar facilmente a modelagem com a TfL e a grande equipe multidisciplinar do projeto, como engenheiros geotécnicos e civis. Todos conseguiram visualizar os dados em 3D e usar o modelo girando e cortando-o para obter diferentes perspectivas, que foram muito eficazes para fins de colaboração e divulgação.
Ben Gilson, Líder Geotécnico da Arup para a ferrovia Crossrail 2, comentou que “ser capaz de compartilhar imediatamente o modelo em 3D gerou um notável engajamento das equipes internas da Arup, dos consultores e da TfL, que observou mais pessoas usando o modelo em 3D, pois foi apresentado de forma interessante e interativa. Compartilhar os dados e fazer com que a grande equipe compreendesse a geologia e as condições do solo foi uma vitória. Foi possível incluir avisos de suposições e limitações ao modelo para que todos pudessem revisar esses comentários e verificar os pontos de incerteza. Também foi possível usar os dados de várias maneiras, transferindo dados do modelo em 3D para outros pacotes, além de extrair volumes de dados em 3D de diferentes tipos de material escavado e determinar as melhores formas de usá-los.”
O desenvolvimento do projeto e a avaliação orientados por dados permitem criar uma ligação entre o projeto de alinhamento, a compreensão evolutiva das condições do solo e os dados e análises de obstruções na construção. O planejamento elaborado de um fluxo de trabalho para avaliação do deslocamento do solo está em andamento orientado por dados do portal de ativos e do modelo estratigráfico do projeto. A inclusão de parâmetros geotécnicos ao modelo estratigráfico de projeto permitirá fluxos de trabalho orientados por dados para o projeto de estruturas, como paredes de contenção. Estima-se que o modelo estratigráfico do projeto seja atualizado durante a fase de construção e, portanto, será uma ferramenta inestimável para o planejamento da construção e a redução dos riscos a longo prazo. Isso cria, de maneira eficaz, um modelo digital geotécnico como parte dos ativos digitais do projeto.
“Queremos gastar menos tempo processando os dados e mais tempo entendendo os dados. É fácil. O trabalho fala por si. A qualidade e o nível de detalhes que obtemos nesta fase inicial do projeto são realmente fantásticos e muito úteis. É, de fato, uma mudança radical em relação ao que já vi antes.”
Mike Black, principal engenheiro geotécnico da ferrovia Crossrail 2.
Stuart Mills concluiu que “o Leapfrog Works foi considerado a ferramenta essencial para modelagem do solo incluída no kit de ferramentas para modelagem de solo. Os benefícios da modelagem iterativa, da clara visualização em 3D e do desenvolvimento do projeto orientado por dados, que o uso do Leapfrog gerou em vários projetos, foi percebido. Vamos usar o Leapfrog Works nos futuros projetos.”
Pat McLarin, Diretor do segmento de construção civil da Seequent, comentou que “projetos de infraestrutura de transportes, como a ferrovia Crossrail 2, são grandes, complexos e exigem uma compreensão completa e evolutiva das condições das subsuperfícies, e precisam compartilhar e divulgar de maneira eficaz as descobertas para vários stakeholders. O Leapfrog Works da Seequent lida com esses desafios e permite combinar facilmente modelos geológicos a projetos de engenharia para garantir uma visão detalhada e melhor tomada de decisão.”
