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Projeto do túnel Karasvanke da Elea iC (Eslovênia)

O projeto

O túnel Karavanke, construído na década de 1980, corta os Alpes entre a Eslovênia e a Áustria, e representa um ponto crítico no Corredor X de transporte pan-europeu. A necessidade de melhorar o tráfego e a segurança na estrada levou, em 2013, ao planejamento de um segundo túnel.

O projeto do segundo túnel envolve a construção de um túnel de 7.820 metros de extensão com duas pistas e capeamento de solo até 1.000 metros. A geologia é muito complexa devido à sua estrutura de leques imbricados, que se formou como um arranjo de dobras sobrepostas de propagação de falhas. No primeiro túnel, foram encontradas condições geológicas difíceis, como frequentes infiltrações de água, sobrescavações e detecção de metano. Vários levantamentos geológicos, geotécnicos e hidrogeológicos foram realizados desde a década de 1970, e os dados geraram abrangente documentação sobre o projeto.

A empresa de consultoria interdisciplinar Elea iC, parceira líder da joint venture Karavanke, usou o Leapfrog Works para modelar os dados de geologia como parte do projeto Idea Phase para a parte eslovena do segundo túnel.

Situação

Tradicionalmente, a modelagem geológica em 3D no setor de construção civil tem se limitado à interpretações em 2D em um ambiente em 3D. Esse processo é muito lento, e inclui perda de informações entre seções transversais, interpretações subjetivas das condições geológicas e avaliação de potenciais riscos. Além disso, o processo de atualização das interpretações manuais em 2D não é simples, o que aumenta os riscos. O projeto do túnel Karavanke e um amplo conjunto de dados do projeto deram à Elea iC a oportunidade de testar tecnologias emergentes e melhorar a qualidade da geologia de engenharia, da geotecnia e da construção de túneis.

Resposta

Definição da estrutura geológica ao longo do túnel
O modelo em 3D foi criado com base no grande volume de dados geológicos obtidos nos levantamentos anteriores e nas fases de construção, e atualizados após novas descobertas. O modelo único usou todos os registros de testemunhos de sondagem, mapas de frentes de lavra e medições.

Segundo Tina Zivec, “a grande experiência interdisciplinar da equipe de desenvolvimento e suporte da Seequent permitiu que o problema que estávamos enfrentando fosse rapidamente compreendido com a criação de um modelo para as disciplinas mais desafiadoras.”

Devido à falta de dados de furo de sondagem, o modelo foi criado com base na determinação do sistema de falhas. As principais falhas foram definidas como polilinhas do GIS e alinhadas em relação à topografia. Em seguida, os dados das falhas que foram modelados e os dados estruturais relacionados a afloramentos foram corrigidos nas seções transversais geológicas ao longo do alinhamento do túnel.
Os dados estruturais obtidos de perfis geológicos detalhados, baseados nos registros de frentes geológicas realizados durante a fase de escavação, foram usados para orientar o posicionamento de planos de falhas no nível do túnel.

O sistema de falhas gerado cortou o modelo em 3D em vários blocos de falhas. Unidades litoestratigráficas adequadas foram atribuídas a cada bloco. A partir do modelo em 3D criado, as propriedades litológicas e estruturais foram extraídas para criar perfis geológicos detalhados, assim como um modelo estrutural para extrapolação das propriedades estruturais para o túnel planejado como uma Rede discreta de fraturas (DFN, Discrete Fracture Network).

Com o modelo em 3D, os usuários puderam prever a posição e a orientação dos principais sistemas de falhas, das condições gerais do solo e do comportamento dos maciços rochosos, o que ajudou no desenvolvimento do projeto de tipos de suporte para a construção do novo túnel.

Gerenciamento de informações

Além de ter ajudado significativamente no projeto do novo túnel, o Leapfrog Works também permitiu a sinergia com processos de modelagem de informações de construção (BIM, Building Information Modelling). Um modelo do Leapfrog Works é essencialmente um modelo de informações criado com base em diferentes padrões.

O Leapfrog Works é um software rápido, avançado e muito fácil de usar, com boa resolução gráfica, cálculos rápidos e recurso interdisciplinar que permite incluir diferentes estruturas.

Tina Zivec, Geóloga, Elea

Após a aprovação do projeto, foi criado um modelo de BIM preliminar completo. Devido às diferentes tecnologias usadas para criar modelos de BIM e do Leapfrog, esses não puderam ser integrados em um ambiente comum sem perda informações. No entanto, a transformação da geometria do túnel no Leapfrog Works permitiu a extração de vários modelos combinados para prever, com precisão, o volume, a distribuição e a quantidade de cada tipo de solo a ser escavado, além da identificação de interseções de descontinuidades estruturais significativas no local. A visualização ajudou a definir o programa de levantamentos e muito mais. Informações e imagens gráficas extraídas do modelo do Leapfrog Works foram usadas para definir a distribuição de suportes ao longo do túnel. Elas foram usadas como base para gerar um mesh discretizado para cálculos de elementos finitos.

Resultado final

O uso do Leapfrog Works no projeto de construção do túnel permitiu a fácil visualização das condições do solo com base em dados de entrada não ambíguos. Esses dados poderiam ser usados para futuros cálculos, avaliações de estabilidade e análises do potencial de deformação. Os benefícios de usar o software incluíram:

  • Combinação fácil e rápida de diferentes tipos de dados – o Leapfrog Works permitiu que os modeladores usassem tipos de dados complexos e variados obtidos não só de estudos no escritório mas também de levantamentos no local.
  • Visualização e compreensão rápidas – avaliar a viabilidade, identificar discordâncias entre diferentes modelos, verificar especificações, planejar e avaliar de custos simultaneamente em diferentes visualizações permite muito mais controle durante o desenvolvimento do projeto do que a verificação de desenhos em PDF, planilhas de cronogramas, especificações e faturas de quantidades. Essas vantagens são aumentadas durante a construção quando alterações podem ser avaliadas quase em tempo real e facilmente registradas com informações de aprovação.
  • Acesso à mais avançada modelagem de dados geológicos – o Leapfrog Works é uma avançada ferramenta de modelagem de dados geológico específica para modelar falhas, intrusões e depósitos.
  • Simplificação de um processo de refinamento – os modeladores são capazes de incluir novas informações com facilidade. A complexidade da estrutura geológica foi monitorada durante a escavação do túnel existente porque as condições geológicas mudavam em pequenos intervalos de distância. O registro diário das frentes de geologia e o monitoramento dos aspectos geotécnicos e de levantamentos foram incorporados ao modelo. Esse processo pode continuar durante a construção do segundo túnel.