Otimização de Redes de Fraturas Discretas para Gerenciamento de Túneis com Gêmeos Digitais

• Processo: 24/05478-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Civil - Geotécnica
• Pesquisador responsável: Marcos Massao Futai
• Beneficiário: Lucas Bellini Machado
• Supervisor: Pedro Pazzoto Cacciari
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: École Polytechnique de Montréal, Canadá
• Vinculado à bolsa: 23/03684-0 - Construção de gêmeo digital para análise do ciclo de vida de túneis, BP.DD
• Assunto(s): Otimização Túneis
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Digital Twin | Discrete fracture network | Life-cycle | Modeling | Optimization | Tunnel | Túneis

Resumo

A internacionalização da pesquisa tem como objetivo avançar no gerenciamento de infraestrutura, com foco em túneis, por meio da integração de tecnologias avançadas de modelagem digital e otimização Bayesiana. Túneis desempenham um papel crucial em redes de transporte e no bem-estar da sociedade, porém o eficiente gerenciamento dessas estruturas enfrenta desafios devido a ambientes agressivos e à complexa interação entre elementos de suporte, massas rochosas e demandas de serviço. Nesse contexto, caracterizar descontinuidades rochosas e otimizar modelos digitais para prever comportamentos estruturais são essenciais. A abordagem do gêmeo digital (DT) oferece uma representação virtual conectada à realidade, espelhando o comportamento de seus equivalentes físicos. Embora a aplicação dessa tecnologia em infraestrutura civil ainda esteja em sua infância, túneis representam um ativo ideal para avanços tecnológicos. A conexão entre avaliações de perda de desempenho, considerações de ciclo de vida e otimização do processo de tomada de decisão por meio de DTs representa avanços significativos no gerenciamento de infraestrutura civil. O projeto tem como objetivo incorporar informações sobre descontinuidades rochosas no modelo de DT do túnel em análise, utilizando a Rede de Fraturas Discretas (DFN) otimizada por modelos matemáticos avançados. Além disso, o projeto busca conectar as respostas a patologias estruturais, registradas por inspeções, ao modelo DFN definido para o túnel, otimizando assim a previsão de deterioração e o gerenciamento do ciclo de vida. Para alcançar esses objetivos, serão empregadas técnicas avançadas de otimização Bayesiana e modelagem estocástica de DFN, com a colaboração do Prof. Cacciari, especialista em mecânica de rochas. O desenvolvimento do projeto ocorrerá em etapas ao longo de um período de seis meses, com atividades incluindo organização de dados, programação de otimização Bayesiana, integração de modelos e elaboração de relatórios científicos. A colaboração com a Polytechnique Montréal fornecerá acesso a recursos avançados e expertise em engenharia civil e geotécnica, fortalecendo conexões internacionais e contribuindo para a internacionalização do projeto. O projeto se beneficiará do investimento robusto da universidade em software de alto desempenho da ITASCA, integrado perfeitamente ao Rhinoceros, o ambiente de desenvolvimento do Gêmeo Digital. Além disso, impressoras 3D de alta resolução serão utilizadas para testes potenciais em escala reduzida, e acesso a clusters para análise de processamento de alta memória, essencial devido às demandas computacionais de simular comportamentos em modelos DFN. Os resultados obtidos serão disseminados por meio de publicações científicas e transferência de conhecimento para grupos de pesquisa no Brasil, expandindo assim o impacto e a visibilidade do trabalho realizado.