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A Huitt-Zollars, empresa de projetos de engenharia multidisciplinar, usou o Civil 3D para ajudar a reduzir significativamente o custo de projeto de estrada no sul da Califórnia.
Resumo do Projeto
Orange County, na Califórnia, iniciou em 2014 um projeto de estrada de US $ 72,2 milhões no terreno montanhoso entre as cidades de San Juan Capistrano e San Clemente. Os projetos La Pata Avenue Gap Closure e Camino Del Rio Extension fecharam a lacuna entre duas estradas existentes e criou um acesso norte/sul entre as duas cidades — melhorando o acesso local a escolas, residenciais, centros comerciais e áreas de lazer, além de oferecer aos residentes uma rota alternativa de acesso de emergência.
A La Pata Avenue, até então existente, foi construída na década de 1970 como uma via de acesso sem saída de uma grande estrada em San Juan Capistrano até um aterro sanitário em Orange County. Os planos do projeto envolveram a ampliação de 3 para 5 faixas da estrada de 2,9 km, incluindo uma pista para caminhões, e a construção de quase 3,2 km de uma nova estrada de 4 faixas, cortando sentido sul a área de projeto para conectar-se à rede de estradas existente em San Clemente. Uma estrada arterial secundária, a Camino Del Rio, também foi estendida a 0,4 km de seu ponto final. O projeto também incluiu:
- Uma trilha de lazer ao longo da estrada;
- Uma intersecção em diamante para acesso ao aterro sanitário;
- Um viaduto para servir como monumento de entrada para San Clemente;
- Seis bacias de detenção;
- E melhorias em três cruzamentos sinalizados.
Modelo do projeto no InfraWorks. É possível visualizar o corte no talude projetado logo abaixo das torres de transmissão de energia. Imagem cortesia da Huitt-Zollars, Inc.
Em 2011, Orange County aprovou o projeto preliminar e o relatório final de impacto ambiental do projeto, e a Huitt-Zollars foi selecionada como o líder de projeto de engenharia. Fundada em 1975, a Huitt-Zollars fornece serviços de engenharia, gerenciamento de obra e topografia a clientes dos Estados Unidos. A empresa utiliza o software Autodesk® Civil 3D® há quase uma década para ajudar a melhorar seus projetos de obras públicas, estradas e transporte.
O Desafio
“O projeto já tinha sua aprovação ambiental quando começamos o projeto final.”, explica Scott Reed, engenheiro civil e Vice Presidente da Huitt-Zollars. “Portanto, o alinhamento da estrada já tinha sido bem definido.”. Mas, quando a empresa começou a se reunir com as partes interessadas do projeto, algumas partes queriam várias mudanças que exigiam o redesenho de grandes seções da estrada. “Nosso principal desafio nesse projeto foi ajudar o município a atender essas solicitações das partes interessadas de maneira econômica e sem violar as liberações ambientais já aprovadas.”, diz Reed. As principais mudanças no projeto preliminar incluíram:
- Redesenho da intersecção diamante para acesso ao aterro sanitário;
- Correção de terraplanagem para remover aproximadamente 570.000 m³ de resíduo sob a terra por quase 0,4 km da nova estrada;
- Redução de quase 190.000 m³ de aterro anteriormente necessários para sustentar um grande talude e mais de 760.000 m³ de corte e aterro reduzidos em outras áreas do projeto;
- Alteração da seção típica da rodovia para reduzir as larguras padrão da via pública em 6 metros, para que uma calçada de 3,2 km de comprimento pudesse ser adicionada ao longo do lado leste da rodovia.
A geografia da área, que se eleva rapidamente do Oceano Pacífico para os pés das montanhas de Santa Ana, representava outro desafio para a empresa. “O terreno nesta área é muito difícil.”, explica Harry Persaud, gerente de projetos de Orange County. “Embora a estrada tenha pouco menos de 6 km, ela atravessa cumes e vales nas encostas, deslizamentos geológicos, além de vários riachos e outros habitats ecologicamente sensíveis. Além disso, a estrada atravessa um aterro sanitário ativo e passa por um grande corredor de transmissão elétrica.”.
Modelos do InfraWorks do trecho da estrada que atravessa uma grande encosta (esquerda) e da nova interseção do Camino Del Rio e da La Pata Avenue (direita). Imagens cortesia da Huitt-Zollars, Inc.
A Solução
A Huitt-Zollars usou o software Civil 3D® e seus recursos de modelagem dinâmica para criar superfícies, alinhamentos, perfis e corredores 3D de ajuste automático. A empresa usou esse modelo de projeto inteligente para desenvolver muitas alternativas diferentes de alinhamento e taludes, produzindo estimativas de terraplenagem e de custos para cada uma das alternativa, a fim de atender de maneira mais econômica às necessidades do cliente e de outras partes interessadas no projeto. “Fiquei impressionado com a capacidade da Huitt-Zollars de estudar rapidamente vários cenários e relatar quantidades e custos estimados. Isso realmente nos ajudou a alcançar soluções equitativas com nossos stakeholders do projeto.”, diz Harry Persaud.
Explorando alternativas de projeto
“Em um projeto dessa magnitude, em que o tempo e o dinheiro já foram gastos em estudos de viabilidade, projeto preliminar e em relatório de impacto ambiental, o projeto final geralmente é criado com pouquíssima exploração de alternativas de projeto.”, diz Reed.
Mas neste projeto, o município estava muito preocupado com o orçamento. Portanto, mesmo com um cronograma apertado, a Huitt-Zollars e o município concordaram em reservar um tempo no início do projeto para estudar alternativas de projeto — encontrando maneiras de economizar custos e satisfazer os interesses das partes interessadas.
“Se estivéssemos usando ferramentas tradicionais de projeto em 2D, não teríamos sonhado em sugerir algumas das principais mudanças de projeto que fizemos.”, diz Reed. “Seria muito demorado. Mas, com base em nossos sucessos com o Civil 3D em outros projetos, sabíamos que o ambiente de modelagem 3D do software ajudaria a descobrir economia de custos e manter o projeto dentro do cronograma.”, diz Reed.
Os projetistas da Huitt-Zollars passaram 12 semanas investigando alternativas de projeto. O modelo inicial de projeto do Civil 3D incorporou sobreposições de informações importantes sobre o projeto, incluindo o plano preliminar da estrada e liberações ambientais, modelos topográficos digitais do terreno existente, dados geológicos de deslizamentos de terra, recursos hídricos existentes, bem como dados GIS do uso do solo. Usando esse modelo 3D, a Huitt-Zollars modificou interativamente vários aspectos do projeto preliminar — o alinhamento horizontal, perfil vertical, seções de estradas, classificação e assim por diante — e produziu volumes e quantidades de terraplenagem para outras melhorias, como drenagem pluvial e pavimentação, para avaliar rapidamente as alternativas de projeto e os custos associados. No final, a equipe propôs meia dúzia de mudanças importantes no projeto (todas relacionadas à economia de custos) e todas foram aceitas pelo município.
Aumentando a produtividade
“Com o Civil 3D, conseguimos realizar iterações de projeto e implementar alterações com mais eficiência, porque não tivemos que perder tempo atualizando manualmente elementos relacionados ao projeto.”, explica Russell Hanson, projetista da Huitt-Zollars. “Se reduzimos o alinhamento em uma determinada área, o software Civil 3D atualiza automaticamente as seções e os taludes, ajudando a economizar tempo e reduzir o risco de erros da atualização manual.”.
Além disso, a equipe da Huitt-Zollars pôde alterar o projeto sem precisar gastar tempo atualizando manualmente seus desenhos, porque o projeto e a documentação são conectados de forma inteligente e o software atualiza o desenho e os rótulos à medida que as alterações são feitas. “Se alterássemos a inclinação em uma determinada área, o software corrigia o plano, a seção e as folhas dos detalhes afetados, até os rótulos de elevação e linhas de contorno.”, diz Marty Krebs, projetista da Huitt-Zollars.
Adequando-se aos stakeholders
Depois que o projeto entrou em sua fase final, a cidade de San Clemente solicitou que 4 km do projeto preliminar fossem modificados para adicionar uma trilha 2,5 metros de largura. A Huitt-Zollars usou o Civil 3D para analisar alternativas de projeto para reduzir a largura total da estrada, abrindo espaço para expandir a via o suficiente para incorporar a trilha e ainda manter o talude dentro da área ambientalmente aprovada.
“Alterar a largura da estrada impactou quase todas as partes do projeto.”, diz Reed. “Conseguimos acomodar uma mudança tão extensa com a ajuda do Civil 3D. A capacidade de modificar interativamente uma parte do projeto e fazer com que o software atualize dinamicamente o desenho da estrada era absolutamente essencial.”.
Modelo do InfraWorks mostrando uma das seis bacias de detenção. Imagem cortesia da Huitt-Zollars, Inc.
Melhorando o acesso
O alinhamento da estrada proposto passava pelo centro de um aterro sanitário local. A porção ativa do aterro sanitário ficava no lado oeste da estrada e suas instalações estavam no lado leste, necessitando de acesso pelos dois lados da estrada. O projeto preliminar mantinha o alinhamento da estrada em seu nível atual, elevando-se sobre resíduos antigos e exigindo um aterro muito alto ao sul da crista. Uma relevo muito elevado que separava as duas direções do tráfego limitava o acesso ao aterro sanitário, com uma estrutura de passagem muito estreita. A agência do aterro sanitário solicitou um melhor acesso, tanto para suas próprias operações quanto para residentes e transportadores comerciais.
“Aproveitando as características dinâmicas da modelagem 3D do Civil 3D, brincamos com o perfil vertical nessa área para investigar intersecções alternativas e analisar custos.”, lembra Reed. “No fim das contas, acabamos diminuindo o perfil da estrada em aproximadamente 30 metros, adicionando uma intersecção diamante e eliminando a necessidade de um aterro tão alto. Isso satisfez a agência do aterro sanitário e reduziu os custos das obras de terraplenagem.”. Essa solução também se mostrou benéfica para a licença ambiental e o cronograma do projeto. Logo ao sul dessa intersecção, o alinhamento da estrada atravessa vários pequenos cursos de água que se fundem para formar um riacho que flui por San Clemente e deságua no Oceano Pacífico.
As áreas ao redor das cabeceiras deste riacho estão sob a jurisdição do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (USACE). Infelizmente, o preenchimento necessário para o aterro alto se estendeu para os limites da jurisdição da USACE. A redução da estrada reduziu drasticamente a área de preenchimento e, portanto, o impacto do projeto nas águas da USACE, permitindo um processo acelerado de permissão da USACE.
Minimizando a terraplanagem
O projeto preliminar incluiu quase 1.500.000 m³ de remoção de terra e recompactamento e outros 1.500.000 m³ de terra para sustentar o pé do talude. Como o novo alinhamento da estrada atravessava o meio deste talude, encontrar um projeto para estabilizar a estrada e acomodar futuras construções do aterro sanitário foi um dos desafios mais complexos do projeto.
“Teria sido muito caro remover e recompactar a parte superior do talude, sem mencionar que os requisitos de permissão teriam sido imensuravelmente mais difíceis.”, diz Reed. “Então, em vez disso, usamos o Civil 3D para desenvolver um talude mais econômico que ainda alcançava fatores aceitáveis de segurança, não limitava o uso futuro de aterros, fornecia material para equilibrar todo o projeto, atingia a conformidade com os regulamentos regionais de qualidade da água , e criou uma oportunidade para um processo de permissão muito mais fácil. Devemos ter analisado uma dúzia de esquemas de projeto para este talude em questão de dias e, em algumas semanas, a equipe decidiu uma solução que reduziu a terraplenagem preliminar para essa área do projeto em aproximadamente 3.000.000 m³.”.
Havia vários sulcos e vales dentro da encosta, tornando algumas áreas menos estáveis que outras. Além disso, pequenos riachos percorrem a área. “Como a encosta era muito grande, não fazia sentido tratá-la como uma massa uniforme, com inclinação uniforme.”, diz Reed. “Uma abordagem de projeto baseada em modelos e seções dinâmicas nos ajudaram a investigar a área inclinada com muito mais detalhes — calculando volumes e isolando cursos de água para ajudar a identificar áreas de remoção de terra.”. Como resultado, o novo projeto do talude da Huitt-Zollars diminuiu a inclinação a favor da segurança, diminuiu o impacto em alguns córregos e reduziu a terraplanagem em 3.000.000 m³ de terra.
Protegendo a qualidade da água
A Califórnia tem grandes empenhos no controle da poluição da água e, nesta parte do estado, os regulamentos regionais de qualidade da água exigem que a condição pós-projeto (taxa de descarga e volume de escoamento de águas pluviais) corresponda à condição existente em cada fluxo que atravessa o projeto. Como a estrada atravessa inúmeros vales contendo cursos de água naturais que foram preenchidos e bloqueados pela nova estrada, a Huitt-Zollars precisou produzir um plano de gerenciamento detalhado da hidromodificação.
“O ambiente de modelagem 3D do Civil 3D nos ajudou a desenvolver o talude a montante para criar condições aceitáveis no lado a jusante e projetar com sucesso um sistema de drenagem de águas pluviais com seis bacias de detenção para fornecer reduções de carga e impedir o escoamento.”, diz Reed. Uma parte crucial do processo de projeto foi a capacidade de ajustar interativamente a localização e a forma das bacias e a classificação no contexto do projeto geral, para melhor entender e minimizar o impacto em outras partes do projeto da estrada.
“Foi como tentar montar um quebra-cabeça tridimensional em movimento.”, explica Reed. “Se mudarmos o formato da bacia, a inclinação se estenderia além dos limites de limpeza ambiental? Até que ponto este talude poderia ser inclinado sem a necessidade de estabilizá-lo? Esse local teria interferência nas instalações ou nos serviços da concessionária do aterro sanitário? Perguntas como essas podem ser respondidas mais rapidamente usando o ambiente de projeto baseado no modelo do Civil 3D.”.
O Resultado
No final de 2013, as autoridades de Orange County permitiram o contrato de construção para o projeto La Pata Avenue Gap Closure e o município iniciou suas atividades em março de 2014.
“A capacidade de estudar tantos projetos alternativos em tão pouco tempo ajudou a economizar cerca de US $ 10 milhões neste projeto.”, diz Reed. “Essas economias de custos foram possíveis com a ajuda do Civil 3D.”.
Estamos usando também o Autodesk InfraWorks como uma maneira de criar modelos para se comunicar com todas as partes interessadas de um projeto. Essa ferramenta nos ajuda a contar a história de uma maneira que todos possam ver as mudanças por si mesmos, em vez de tentar entender os planos de projeto em 2D.