O projeto West Gate Tunnel em Melbourne, Austrália, é um dos projetos de escavação perfurada com maior diâmetro do mundo e o maior já realizado no hemisfério sul. A Golder Associates, empresa de serviços geotécnicos de renome mundial, foi contratada pela Transurban (que fez uma parceria com o governo de Victoria para construir o túnel) a fim de realizar uma avaliação do projeto do túnel. Pela primeira vez, a Golder usou a solução de modelagem implícita em 3D de engenharia de solos Leapfrog Works para avaliar o risco geológico e comunicá-lo a diversas partes interessadas, bem como para transmitir informações para licitantes de design e construção.
O projeto é significativo devido às suas duas máquinas de perfuração de túneis de tamanho gigante construídas com esse propósito, que serão usadas para construir túneis gêmeos entre a West Gate Freeway e o rio Maribyrnong. Essas máquinas têm um cabeçote de corte de 15,6 m de diâmetro e serão usadas para escavar túneis duplos de três pistas.
O custo do estudo de caso — Visão de túnel: Leapfrog Works garante confiabilidade a decisões importantes em projeto de infraestrutura na Austrália — é significativo, estimado em mais de A$ 5,5 bilhões. Portanto, é essencial estabelecer uma compreensão total dos riscos geológicos para minimizar o impacto no progresso, custo e sucesso do projeto. Depois da aprovação do planejamento pelo ministério, a construção está em andamento.
“A visualização em 3D permite que a relação entre o antigo leito do riacho e o túnel proposto seja compreendida de maneira clara.”
Scott Ambridge, Engenheiro Ambiental Sênior da
Golder
O Projeto West Gate Tunnel possibilitará uma alternativa vital à Ponte West Gate, proporcionando uma segunda travessia do rio muito necessária e mais rápida, além de
viagens mais seguras. Também removerá milhares de caminhões de ruas residenciais. Prevê-se que o projeto gere mais de 2 milhões de metros cúbicos (margens) de terra e material de despojo rochoso durante a construção dos 6 km de túneis e a modernização das estradas de apoio.
A Golder foi líder técnica dos serviços de Geotécnica, Hidrogeológica, Terra Contaminada e Qualidade do Ar, e deu contribuições especializadas para compras, design de referência e preparação da Declaração de efeitos no meio ambiente para o Projeto.
A Golder realizou um levantamento terrestre completo, com mais de 200 profissionais trabalhando no projeto durante um período de dois a três anos, desde o início até a entrega. Entre os profissionais estavam técnicos e geólogos de campo, hidrogeólogos e engenheiros geotécnicos. As investigações para o projeto foram intensivas e entregues com sucesso em um curto período, com até seis equipes de sondagem, além de escavações experimentais, levantamento geofísico, equipes de CPT no turno diurno e equipes de 3 a 4 turnos noturnos fazendo sondagens ao longo da movimentada rodovia West Gate. O túnel passa por depósitos sedimentares e ígneos variáveis da era Cenozoica (períodos terciário e quaternário). Esses depósitos refletem os complexos processos geológicos e geomorfológicos que moldaram a região, incluindo movimentos tectônicos e desenvolvimento de estruturas do paleovale.
Resposta
A Golder optou pelo Leapfrog para ajudar em uma avaliação detalhada das condições do solo. Desenvolvido especificamente para o setor de engenharia civil, o Leapfrog Works oferece uma solução completa para modelagem rápida e dinâmica de condições do solo, análise das interações com o projeto de engenharia e visualização em 3D intuitiva. O Leapfrog é o software de modelagem geológica líder na indústria de mineração, e é usado há mais de uma década por todas as principais empresas de mineração e consultorias. Ele usa um mecanismo de modelagem implícito comprovado.
O engenheiro geotécnico principal da Golder, Trevor O’Shannessy, comenta: “Este foi o primeiro projeto em que usamos o Leapfrog Works, e nosso uso evoluiu desde então. Começamos construindo o modelo geológico em 2D usando um método padrão e, em seguida, trouxemos esses dados em 2D para o Leapfrog Works a fim de construir um modelo em 3D. Daqui para frente, queremos já iniciar o projeto no Leapfrog Works. Uma equipe de três geólogos trabalhou no modelo geológico, com dois usuários principais do Leapfrog Works que receberam treinamento prévio mínimo para o Leapfrog. A Golder ficou impressionada com a facilidade de uso do software pelos novos usuários, levando apenas cerca de um ou dois dias para se sentirem proficientes”.
Trevor comenta: “Obviamente, havia algumas nuances em termos de familiaridade com produtos semelhantes e questões um pouco mais difíceis, como a melhor maneira de modelar uma base uniforme do Stony Creek, mas, de maneira geral, ficamos impressionados com a facilidade de uso do Leapfrog Works”.
O Leapfrog Works cumpriu uma série de requisitos importantes do projeto, incluindo:
- Destaque da incerteza em torno portal meridional
do projeto. - Modelagem do volume do entulho em 3D.
- Apoio ao processo de licitação disponibilizando aos licitantes modelos em 3D interativos.
- Modelagem em 3D das unidades do aquífero usadas em estudos de impacto hidrogeológico.
- Geração de seções geológicas em 2D para modelagem geotécnica do deslocamento do solo.
- Uso como uma ferramenta de comunicação essencial com o cliente e na reunião com as autoridades estaduais.
Destaque da incerteza em torno do portal meridional
O portal meridional, local de um antigo riacho, foi preenchido, movido e transformado em um dreno de águas pluviais. Olhando para os dados de saída em 3D gerados pelo Leapfrog Works, os geólogos da Golder perceberam instantaneamente um problema.
Scott Ambridge, engenheiro ambiental sênior, comenta: “Para mim, isso foi decisivo para que examinássemos um modelo mais detalhado nessa área. Esse riacho serpenteante cruzava os dois grandes túneis na parte em que passavam por baixo de um ponto crítico da rodovia.
Ter uma noção de como essas geometrias interagem foi muito difícil em 2D, mas no ambiente em 3D do Leapfrog pudemos ver muito mais, como a cobertura mínima e até mesmo como era o material entre o túnel e o antigo leito do riacho. Assim, conseguimos determinar os riscos do ponto de vista geotécnico. O Leapfrog Works proporcionou muita clareza nesse sentido”.
Se esse risco não fosse descoberto, poderia haver deslocamento do solo durante a escavação de túneis, afetando negativamente a rodovia acima. Esse risco, se não mitigado, poderia danificar a via arterial principal, até mesmo bloqueando-a devido a todos os impactos associados ao projeto e àqueles que dependem dela.
Para a modelagem em 3D do volume do entulho, a Golder usou o modelo geológico em 3D do solo e resultados químicos para desenvolver uma estimativa avançada do volume em 3D dos 2 milhões de metros cúbicos de entulho. Além de identificar solo contaminado e sulfato ácido, eles conseguiram distinguir material que poderia ser usado para outros projetos. Scott explica que “a geologia é complexa. Há várias camadas geológicas, incluindo duas unidades vulcânicas diferentes e diferentes tipos de sedimentos, todos espremidos na mesma área.
Devido a variâncias pronunciadas nos processos químicos de meteorização e erosão, a geologia mudou significativamente tanto lateralmente quanto em profundidade. Usar o Leapfrog Works solucionou o problema da estimativa de volume
nas várias unidades geológicas de um jeito muito mais simples”.
Compartilhamento de modelos para apoiar o processo de licitação: um recurso do Leapfrog Works é o Leapfrog Viewer gratuito, que permite que os modelos sejam facilmente compartilhados sem necessidade de acessar o software completo. A Golder usou o Viewer para compartilhar modelos geológicos com as empresas licitantes no processo de licitação. Assim, elas puderam cubar os modelos geológicos e preparar e precificar suas propostas adequadamente.
Scott explica: “As licitantes puderam cortar o modelo e rotacioná-lo para ver pontos de maior incerteza com menos informações ou áreas das quais precisavam de mais esclarecimentos. A empresa que foi contratada identificou um aumento do risco na escavação de túneis associado ao canal do riacho no subsolo. Ela aumentou a profundidade de um dos túneis para minimizar a exposição a ele. Entendemos que essa empresa contratada continuará desenvolvendo o modelo usando o Leapfrog Works”.
Modelagem em 3D da geologia do aquífero
O Leapfrog Works foi usado para modelar a geologia do aquífero (geometria espacial e espessura das camadas) como um modelo em 3D. As unidades do aquífero foram modeladas pela primeira vez no GoCAD, pois os usuários tinham mais familiaridade com o pacote. O modelo geológico do aquífero combinado foi utilizado no FEFLOW, outro pacote de software, com propriedades hidrogeológicas (permeabilidade, armazenamento etc.) para estimar o impacto potencial em relação à poropressão das águas subterrâneas e à mudança de direção do fluxo.
“Um corte rápido do modelo mostra a importância da profundidade do túnel para a escavação planejada.”
Scott Ambridge, Engenheiro Ambiental Sênior da Golder
O Leapfrog foi usado com vários outros pacotes de software diferentes, incluindo GoCAD e PLAXIS. Também foi usado para importar rapidamente dados de cota da superfície do LIDAR de arquivos .tin grandes.
Por exemplo, o Leapfrog foi usado para selecionar e exportar seções transversais em 2D da geologia da camada em pontos críticos ao longo do alinhamento, como base para a modelagem do deslocamento do solo no PLAXIS. Trevor explica: “Isso foi importante principalmente na área em que o túnel passava por baixo da West Gate Freeway e onde a seção de reaterro do antigo riacho ficava entre a coroa do túnel e a base do aterro da rodovia. As condições do solo foram consideradas ruins aqui, com mais incerteza em relação à magnitude potencial do deslocamento do solo. Portanto, precisávamos visualizar as condições do subsolo e ter confiança em nossa interpretação do modelo de subsuperfície. Como essa área foi alvo de vários furos de sondagem durante a investigação, o Leapfrog proporcionou uma boa ferramenta de interpolação no espaço em 3D e permitiu a construção de um modelo em um período relativamente curto. Também nos permitiu girar o modelo, cubá-lo em 3D e testar suposições, como o nível do leito e o gradiente a montante e a jusante da incisão do riacho”.
“A introdução do Leapfrog Works em um estágio tão crítico do projeto teve um impacto imediato em nossa compreensão da geologia e em nossa capacidade de comunicá-la.” Scott Ambridge, engenheiro ambiental sênior da Golder
Ferramenta importante de comunicação
Os modelos do Leapfrog também foram usados em reuniões de comunicação dos clientes com os consultores do governo estadual e da Transurban para demonstrar o processo e garantir que as principais partes interessadas estivessem satisfeitas. Golder usou o Leapfrog Works para desenvolver uma série de dados de saída diferentes a fim de ajudar nessa comunicação. Isso inclui o uso do recurso de filme do Leapfrog para produzir um impressionante vídeo de sobrevoo dos túneis propostos.
Scott destaca: “Descobrimos que o sobrevoo ajudou os clientes a entender o conceito de maneira mais clara. Com o Leapfrog Works, temos várias formas de transmitir o que está acontecendo com o modelo. Também conseguimos usá-lo melhor como uma ferramenta de comunicação importante”.
O recurso de filme usa uma alta taxa de quadros, de até 60 quadros por segundo, e permite arrastar cenas para um roteiro visual, com transições adicionadas automaticamente. Além disso, a resolução final pode ser de alta definição.
Resultado final
Conforme o túnel se aproxima da fase de construção, fica claro que o Leapfrog Works pode ser usado pela empresa contratada para manter o modelo atualizado com novas informações e melhorar a tomada de decisões. Esse recurso de atualização “dinâmica” significa que os novos dados, obtidos em campo durante a escavação, poderão ser facilmente carregados no Leapfrog Works e passarão automaticamente para o modelo final, atualizando-o rapidamente.
Scott destaca que “esse recurso é importante principalmente na fase de construção. Para avaliar adequadamente os riscos relacionados ao solo à medida que a escavação do túnel avança, também é um requisito do projeto que as condições do solo sejam continuamente reavaliadas e o modelo seja atualizado quando novas informações surgirem. Conseguir refinar de maneira rápida e fácil o modelo geológico no Leapfrog Works será uma ferramenta essencial”.
Scott conclui: “Sem dúvida, a introdução do Leapfrog Works em um estágio tão crítico do projeto teve um impacto imediato em nossa compreensão da geologia e em nossa capacidade de comunicá-la. Ver e compreender o modelo em 3D deu clareza e significado aos dados. Além disso, conseguimos usar visualizações em 3D para comunicar as informações ao cliente com precisão e confiança. Uma das fortes crenças da Golder é que nossa engenharia deve preservar a integridade da Terra. O uso de ferramentas sofisticadas e específicas do setor, como o Leapfrog Works, significa que podemos nos manter no caminho certo para conseguir isso”.
Pat McLarin, gerente de produtos do Leapfrog Works, ressalta: “O Leapfrog Works foi desenvolvido para apoiar fluxos de trabalho de projetos de engenharia civil e pode beneficiar todas as equipes envolvidas neles, desde grandes iniciativas, como o Projeto West Gate Tunnel, até projetos de rotina muito menores. Estamos orgulhosos de que o Leapfrog Works tenha contribuído para a geração de resultados importantes do projeto de modelagem rápida, visualização e comunicação de riscos na primeira fase bem-sucedida deste enorme projeto de escavação de túneis. Sabemos que Golder já utiliza o Leapfrog Works em vários outros projetos e esperamos trabalhar com a empresa no futuro para ajudar com suas necessidades de gerenciamento da engenharia de solos”.