Agora, na movimentada cidade portuária de Jazan, na Arábia Saudita, às margens do Mar Vermelho, caminhões de grãos percorrem ruidosamente um enorme armazém que, quase desde o início, parecia destinado ao fracasso.
Autor: Sean O’Neil
Anos antes da conclusão da construção, por volta de 2017, rachaduras começaram a aparecer na laje de concreto, nas paredes e nas juntas. O recalque irregular deformou o piso e as paredes. Com a chegada de grandes carregamentos de grãos, os danos se intensificavam. Por que as fundações falharam de forma tão impressionante?
Hamzah Al-Hashemi tem uma resposta pronta: “Bem-vindos ao Triângulo das Bermudas da engenharia de solos.” Engenheiro geotécnico, Al-Hashemi é o CEO e diretor técnico da GeoStruXer, empresa que cofundou em 2023 com sua esposa, Dana Al-Faleyleh, engenheira de estruturas. Eles formam uma rara parceria pessoal e profissional em um setor em que suas disciplinas (conhecimento sobre o solo e experiência em estruturas) costumam manter uma distância respeitosa. Mas a combinação mostrou o seu valor no armazém em Jazan.
O casal decidiu descobrir o que o solo escondia e, usando as soluções de software da Bentley e da Seequent, projetou um plano de recuperação do armazém tão eficiente e ecologicamente correto que ganhou o prêmio Bentley Envision (Seequent é The Bentley Subsurface Company). O prêmio, concedido pela Bentley Systems como parte de Year in Infrastructure e Going Digital Awards (YII), é um reconhecimento especial de projetos que demonstram uma combinação de conhecimento técnico, valor econômico e benefícios ambientais e sociais mensuráveis.
Nicholas Cumins, CEO da Bentley, comentou estar orgulhoso de destacar o projeto em sua palestra principal na YII como "um ótimo exemplo de como os engenheiros podem usar IA em conjunto com aplicativos como o PLAXIS para tomar decisões mais inteligentes e fornecer infraestrutura mais resiliente. É um trabalho verdadeiramente inspirador", escreveu Cumins no LinkedIn.
O armazém de segurança alimentar (canto inferior esquerdo), no porto da cidade de Jazan, foi salvo pela GeoStruXer usando os softwares da Bentley e da Seequent.
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Antes da chegada do casal, os proprietários do armazém já haviam buscado uma maneira de impedir o afundamento, mas todas as propostas ofereciam soluções lentas e complexas que exigiam milhares de miniestacas profundas, lajes de concreto espessas e custos proibitivos.
Durante esses anos de estagnação no armazém em Jazan, Al-Hashemi concluiu o seu mestrado em engenharia geotécnica na Universidade Rei Fahd, na Arábia Saudita, e ingressou em uma empresa do Bahrein que estava lançando uma nova divisão de miniestacas. Para quem não está familiarizado, miniestacas são barras ou tubos de aço que são perfurados em solo mais firme e fixados com concreto ou argamassa. Eles servem de suporte para construções em locais onde o solo na superfície é muito frágil ou macio, ou onde o espaço é limitado para soluções maiores. A primeira tarefa de Al-Hashemi foi ambiciosa; o objetivo era ajudar a projetar uma fundação única do tipo radier com miniestacas em terreno aterrado para um projeto de 70.000 metros quadrados denominado Al-Madina Al-Shamaliya (AMAS ou ‘The Northern City’) em Madinat Salman, Bahrein. “Acreditávamos que seria a maior laje pós-tensionada do tipo radier com miniestacas do mundo. Entramos em contato com o Guinness World Records, mas, talvez sem surpresa, eles não tinham essa categoria”, comentou ele.
Al-Faleyleh trabalhava do outro lado do escritório. “Foi nesse projeto que nos conhecemos. Eu estava projetando o terreno e ela estava projetando a laje de concreto do tipo radier, embora o nosso relacionamento tenha começado antes de discutirmos qualquer questão técnica durante as refeições”, revelou Al-Hashemi. Mas a afinidade profissional também surgiu, com a constatação de que, frequentemente, os trabalhos geotécnicos e estruturais eram tratados como mundos separados e, portanto, geravam desperdício, superdimensionamento ou fracasso total. Eles se casaram logo depois.
Com a implantação da Saudi Vision 2030 e a consequente onda de megaprojetos, a demanda por conhecimento especializado em engenharia local disparou. Assim, após um ano no Chipre, onde Al-Hashemi trabalhou com dados de satélite com técnica de InSAR (que mede o movimento do solo ao longo do tempo com precisão milimétrica), o casal retornou ao Golfo e ouviu falar sobre um armazém problemático em Jazan.
Percebendo um potencial campo de provas para suas ideias, Al-Hashemi e Al-Faleyleh fundaram a GeoStruXer no fim de 2023. O objetivo era unir o projeto geotécnico e o projeto estrutural em um mesmo espaço usando dados e modelagem digital para demonstrar como uma abordagem de projeto sustentável poderia solucionar até mesmo os mais complexos problemas do solo da região.
Hamzah Al-Hashemi (à esquerda) e Dana Al-Faleyleh (à direita) da GeoStruXer.
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O ‘Triângulo das Bermudas’ em Jazan
Se alguma vez existiu uma região adequada para testar essa tese, essa região é Jazan. A cidade está situada no que é conhecido como solo sabkha, planícies costeiras ricas em sal que podem não só desabar como também corroer as fundações. A sismicidade e o calor extremo apenas agravam o risco. “Uma antiga anotação da equipe de levantamentos geológicos dos EUA sugeriu que Jazan deveria ser evacuada e reconstruída em qualquer outro lugar”, destacou Al-Hashemi.
Quando as instalações do porto de Jazan foram concluídas em 2017, a estrutura já fragilizada apresentava 170 milímetros (6,7 polegadas) de deformação diferencial, ou recalque irregular, ao longo dos anos. Infelizmente, para a GeoStruXer, o proprietário não detinha dados históricos confiáveis sobre como esse recalque havia progredido. O proprietário encomendou quatro relatórios de análise do solo, mas todos apresentavam resultados conflitantes e nenhum deles explicava a magnitude da deformação.
Al-Hashemi incluiu os dados de solo mais pessimistas no PLAXIS 3D, que é o avançado software da Seequent para modelar em 3D como o solo, as fundações e as estruturas interagem. O modelo não foi capaz de explicar o problema por completo; ele considerou apenas uma parte dos 170 milímetros observados. “Poderia haver algo mais, algum processo dependente do tempo”, recordou ele. Ao rever antigos relatórios geológicos, ele fez uma descoberta crucial: toda a região do armazém estava localizada sobre uma cúpula de sal de 5 quilômetros, ou seja, uma antiga e vasta massa de sal-gema que se move, deforma e se dissolve ao encontrar águas subterrâneas e, consequentemente, arrasta silenciosamente tudo o que está acima dela e causa desalinhamento.
Foi um grande problema. Após você se deparar com uma cúpula de sal, não há o que fazer; não é possível dominá-la. Al-Hashemi explicou que “é necessário conviver com ela. Você precisa compreender como ela se comporta.” E quando uma cúpula de sal começa a se dissolver e forma uma cavidade subterrânea, ela gradualmente absorve a areia acima dela.
O que ocorre na subsuperfície? Uma significativa combinação de condições que conspiram para minar qualquer abordagem de engenharia, exceto a mais abrangente.
Para descobrir se poderiam conviver com a cúpula de sal, Al-Hashemi precisaria de uma máquina do tempo. Ele encontraria uma no céu. ”Os dados de satélite com técnica de InSAR de um escritório no Chipre permitem viajar de volta no tempo”, esclareceu ele. Dados a partir de 2017 revelaram não apenas um problema em um único armazém isolado, mas um declínio em escala de cidade. “Quando obtivemos os dados, vimos que não apenas a nossa construção estava com problemas, mas, na verdade, toda a cidade estava sofrendo com recalque de cerca de 20 a 25 milímetros por ano em vários locais.”
Como a GeoStruxer previu o futuro
Com esses dados valiosos, a equipe usou um modelo de simulação no PLAXIS 3D,que é tipicamente usado no setor de mineração, pois os vazios criados pelas cúpulas de sal frequentemente servem como repositórios de produtos petroquímicos. (Para os complecionistas, tratava-se do modelo de fluência de potência dupla baseada no Norton (N2PC, Norton-based Double Power Creep) para deformação do sal.) A equipe ajustou o parâmetro de arraste – o quanto o solo se deforma – até que a sua simulação do movimento do solo abaixo do armazém correspondesse aos registros de InSAR. As suposições foram substituídas por um modelo de solo específico para o local e sensível ao tempo. Agora, eles tinham uma ideia concreta de como o solo se comportaria sob carga estática e sísmica ao longo do tempo.
“Nós havíamos ajustado o passado, calculado o presente, e isso significava poder prever o futuro”, afirmou Al-Hashemi.
Em seguida, a equipe começou a projetar uma solução de recuperação adequada para o armazém, e não uma fortaleza complexa de fundações. Com um modelo de solo ajustado, a equipe da GeoStruXer recorreu à inteligência artificial para automatizar o que, de outra forma, levaria meses de trabalho manual de engenharia. No PLAXIS, o algoritmo variou mais de uma dúzia de parâmetros de dados geotécnicos em camadas de solo e miniestacas, incluindo rigidez e fluência, e executou inúmeras simulações para mapear como os projetos de fundação em potencial responderiam. Ele revelou o “ponto ideal” de cerca de 800 miniestacas. Isso representou um contraste impressionante com o projeto de recuperação anterior, que previa 2.700.
Para validar o modelo digital em campo, os engenheiros instalaram uma miniestaca de teste no local e realizaram um teste de carga de placa aplicando pressão até a ruptura. O comportamento medido do solo e a simulação do PLAXIS combinaram quase perfeitamente (um raro grau de certeza na engenharia de solos) indicando viabilidade de reconstrução.
Um modelo em 3D do PLAXIS mostra a extensão da deformação temporária esperada do projeto de fundação concluído em caso de terremoto.
Com o modelo básico validado, a atenção se voltou para a estrutura, ou seja, para o domínio de Al-Faleyleh. A solução dela, desenvolvida usando o software RAM Concept da Bentley, era combinar e avaliar a fundação com miniestacas e uma nova laje de concreto pós-tensionada do tipo radier. Esse sistema é mais resistente e mais fino do que uma laje convencional graças a cabos de aço de alta resistência tensionados após a concretagem. Normalmente, nesses projetos, as lajes do tipo radier são tratadas como se estivessem flutuando sobre as fundações suportando pouca carga da estrutura. Mas, graças ao modelo de solo final validado da GeoStruXer, Al-Faleyleh foi capaz de projetar com segurança um sistema onde as fundações de miniestacas e a laje do tipo radier compartilhavam a carga em aproximadamente 70/30 reduzindo materiais e aumentando a sustentabilidade sem comprometer o desempenho.
Um modelo em 3D do PLAXIS mostra a extensão da deformação temporária esperada do projeto de fundação concluído em caso de terremoto.
As vantagens em relação ao projeto anterior foram extraordinárias. A GeoStruXer reduziu mais de 70% do uso de materiais e economizou 1.200 toneladas de aço, pois usou apenas 779 miniestacas mais curtas e leves em vez das 2.700 originais, que eram mais longas e pesadas. Eles reduziram cerca de 80% das emissões de carbono associadas ao projeto. O projeto com otimização de valor também reduziu mais de US$ 2 milhões do custo da fundação. A deformação em curso do armazém, que está recuperado agora, corresponde a apenas um décimo sexto da taxa anterior e está dentro dos limites aceitáveis.
A abordagem funcionou adequadamente porque os dados, a modelagem e as ferramentas de desenvolvimento de projetos eram compatíveis. O sensoriamento remoto revelou o movimento histórico do solo. O PLAXIS 3D transformou esse histórico e outros dados em um modelo preditivo ajustado. O RAM Concept converteu a resposta do solo em uma laje pós-tensionada otimizada que compartilhava a carga de forma eficiente com as miniestacas.
Projeto para o futuro
Al-Faleyleh é direta quanto aos riscos de ignorar o solo. “Com muita frequência, os engenheiros de estruturas simplesmente abrem o relatório geotécnico, extraem um único valor de capacidade de trabalho, executam o modelo estrutural e pronto; o resultado são projetos superdimensionados ou subdimensionados”, afirmou ela.
Al-Hashemi conhece esse ponto cego em primeira mão. “Passei dois anos tentando convencer a Sociedade de engenheiros do Bahrein a me reconhecer como engenheiro geotécnico. Finalmente, agora eu existo”, revelou ele.
Hoje, a GeoStruXer está ajudando a mudar essa mentalidade. Esses dois engenheiros são instrutores qualificados da Bentley (Al-Hashemi para o PLAXIS e Al-Faleyleh para o RAM Concept) e usam projetos reais para ensinar aos alunos como o projeto associado funciona na prática.
Al-Hashemi também fundou a plataforma Gulf Geotechnical Engineers, que agora conta com cerca de 3.000 engenheiros em todo o Oriente Médio, e copreside a Conferência internacional de inovação geotécnica. Ele também apresenta webinars e outros eventos. O objetivo simples é normalizar a colaboração entre as áreas geotécnica e estrutural para que o dimensionamento correto dos projetos se torne a norma.
Hoje, o armazém em Jazan está novamente em plena operação estável, além de ser monitorado e compreendido. Pela primeira vez, o proprietário sabe como ele se comportará na próxima década. A inovação da GeoStruXer não foi uma descoberta isolada, mas a forma como integrou tudo, como os relatórios sobre o solo que revelaram fragmentos da condição real, os dados de satélite que mostraram a movimentação histórica do solo e os modelos geotécnicos e estruturais que converteram todas essas informações em um projeto confiável e sustentável.
Essa união entre dados e projeto, solo e estrutura, amor e família, é o que define o trabalho da GeoStruXer. Em Jazan, o projeto deles pode se tornar um projeto para as regiões de sabkha e cúpulas de sal do Oriente Médio — calibrar o passado, calcular o presente, prever o futuro e construir apenas o que for realmente necessário.
Este artigo foi publicado pela primeira vez no blog da Bentley e é republicado com permissão.