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Estudo de Caso

Estudo de Caso ––Via Anchieta

Via Anchieta

EYMAR SILVA SAMPAIO LOPES

EYMAR SILVA SAMPAIO LOPES

Tese : MODELAGEM ESPACIAL DINÂMICA EM SISTEMA DE

Tese : MODELAGEM ESPACIAL DINÂMICA EM SISTEMA DE

INFORMA

INFORMAÇÇÃO GEOGR

ÃO GEOGRÁÁFICA

FICA ––UMA APLICA

UMA APLICAÇÇÃO AO ESTUDO

ÃO AO ESTUDO

DE MOVIMENTOS DE MASSA EM UMA REGIÃO DA SERRA

DE MOVIMENTOS DE MASSA EM UMA REGIÃO DA SERRA

DO MAR PAULISTA

DO MAR PAULISTA

II WORKSHOP 29-31/08/07

Movimentos gravitacionais de massa

-Deslocamento de rocha e/ou solo vertente abaixo.

•Quedas (falls)

•Rastejos (creep)

•Escorregamentos (slides)

–Translacionais

–Rotacionais (slumps)

•Corridas (flows)

FONTE:(AUGUSTO FILHO, 1992)

FONTE : JICA (1991 apud GRAMANI, 2001, p.176)

Escorregamento de dimensões atípicas que atingiu o

substrato rochoso no km 42 da Via Anchieta

(dezembro de 1999)

SMA-PPMA (2001)

Cam

po (Agosto de 2006)~ 20m profundidade

~ 100m largura

~ 200m comprimento

~ 3km de dist. percorrida

Objetivo

•Utilizar um sistema de m

odelagem espacial

dinâmica, baseado em estruturas matriciais

adaptativas, com a finalidade de simular

escorregamentos no m

unicípio de Cubatão,

com potencial de progredir para corridas de

lama e detritos, gerando assim, diferentes

cenários em função da deflagração por

eventos pluviométricosextremos.

Áreas escolhidas para simulações

•Bacia do Rio Pilões

Cicatriz de

20m prof.

~100m larg

~200m comp

Modelo dinâmico físico bi-dimensional

•Cálculo do momento em uma direção, de uma massa

de profundidade média a cada instante t

()

() =

∂+

+

∂+

∂y

xy

zap

xx

xt

vv

hh

gk

vh

vh

22

21

{{

()

()

44

44

43

44

44

42

14

44

44

344

44

42

1D

bed

zx

xz

x

C

zy

xap

Bx

A

xs

grv

hg

vh

gyv

hk

hg

ve

φφ

tan

1sgn

sin

sgn

int

+

−∂

∂∂

−+

xr= raio de curvatura na direção x na superfície basal;

A= m

omento devido àerosão;

B= força gravitacional dirigida;

C= força intergranularde Coulomb devido à

velocidade norm

al gradiente para a direção do fluxo;

D= força de resistência devido ao atrito de Coulomb na base do m

ovimento;

Modelo dinâmico físico bi-dimensional

TITAN2D

•Ambiente computacional paralelo

•Trabalha sobre uma grade adaptativa

•Utiliza o esquema de “Godunov”

para resolver as

equações diferenciais parciais (EDP)

•AcopladoaoSIG GRASS (GeographicResources

AnalysisSupportSystem)

•Trabalha em ambiente PC (LINUX) ou estações

UNIX

Etapas e BDG do modelo dinâmico

Simulações com o M

odelo Dinâmico –

TITAN2D

•MNT com TOPOGRID

•Modelo estritamente friccional

•Teste para calibração

–resolução da grade num

érica de altimetria

–resolução da grade computacional

–o número de pilhas de materiais a serem deflagrados

–ângulos de atrito interno e basal * (Bertolo& W

ieczorek, 2005)

–parâmetros da simulação (passos, t max. e amostragem)

–configuração do computador utilizado

•Validaçãocom as característicasdas corridasocorridas

naáreade estudo.

Simulações com o Modelo Dinâmico –TITAN2D

Bacia Rio Pilões

Características da pilha

-Coordenadas do centro da

pilha = 348089 (X) e

7358707 (Y);

-Espessura = 22m

-Eixo m

aior de menor da

pilha = 200m e 70m

-Orientação do eixo X com

maior eixo da pilha =

52º.

-Volume inicial 345.575 m

3

(equação parabólica do tipo

P * (1-((x-xc)/xr)2–((y-

yc)/Yr)2)

2 seg = t de amostragem

240 seg = t máx

40.000 = númmáx de passos


Bacia Rio Pilões –sem mapa de material

•Vários testes para calibração

int

φbed

φ 11

20

4

16

20

3

18

24

2

25

35

1

Simulação

SIM

ULAÇÃO 1

t = 0 s (amax= 17,7 m

: v a

max= 0m/s)

t = 22 s (amax= 5,27 m

: v a

max= 9,51m/s)

t = 62 s (amax= 5,52 m

: v a

max= 1,91m/s)

t = 136 s (amax= 5,45 m

: v a

max= 0,44m/s)



SIM

ULAÇÃO 1

t = 136 s (amax= 5,45 m

:

v amax= 0,44m/s)

0

100

200

300

400

500

600

700

012

423

936

551

864

477

790

610

3811

8213

1114

4415

6416

8318

0319

4720

7022

1623

6824

8426

02

Distância (metros)

Altimetria (metros)

0102030405060

Declividade (graus)

Altimetria

Declividade

Polinôm

io (Declividade)

FONTE: G

ramani(2001).



int

φbed

φ 11

20

4

16

20

3

18

24

2

25

35

1

Simulação

SIM

ULAÇÃO 2

t = 18 s (amax= 6,13 m

: v a

max= 21,48 m

/s)

t = 28 s (amax= 5,16 m

: v a

max= 11,96 m

/s)

t = 42 s (amax= 6,45 m

: v a

max= 1,18m/s)

t = 212 s (amax= 5,72 m

: v a

max= 0,44m/s)



int

φbed

φ 11

20

4

16

20

3

18

24

2

25

35

1

Simulação

SIM

ULAÇÃO 3

t = 26 s (amax= 5,03 m

: v a

max= 18,92 m

/s)

t = 142 s (amax= 5,16 m

: v a

max= 0,12 m

/s)



int

φbed

φ 11

20

4

16

20

3

18

24

2

25

35

1

Simulação

SIM

ULAÇÃO 4

t = 24 s (amax= 4,38 m

: v a

max= 30,81m/s)

t = 44 s (amax= 5,15 m

: v a

max= 27,19 m

/s)

t = 58 s (amax= 4,08 m

: v a

max= 7,03 m

/s)

t = 122 s (amax= 3,83 m

: v a

max= 0,19 m

/s)


Bacia Rio Pilões –mapa de 2 materiais

Comportamentos

diferentes na

vertentes e nos

canais de

drenagem



int

φbed

φ

20

25Material 1

14

22

6

25

28

5

Material 2

Simulação

SIM

ULAÇÃO 6

t = 14 s (amax= 9,27 m

: v a

max= 15,28 m

/s)

t = 24 s (amax= 5,15 m

: v a

max= 25,18 m

/s)

t = 42 s (amax= 5,56 m

: v a

max= 3,69 m

/s)

t = 78 s (amax= 6,57 m

: v a

max= 0,35 m

/s)

bed

φ



Para diferenciar o

fluxo de massa nos

canais de

drenagem



int

φbed

φ

9,5

18

20

22

8

18

18Material 2

19,5

19,5Material 1

823

9

821

7

Material 3

Simulação

SIM

ULAÇÃO 7

t = 22 s (amax= 7,22 m

: v a

max= 21,68 m

/s)

t = 32 s (amax= 8,04 m

: v a

max= 12,24 m

/s)

t = 54 s (amax= 8,6 m

: v a

max= 0,18 m

/s)

t = 78 s (amax= 7,3 m

: v a

max= 0,22 m

/s)

bed

φbed

φ

t = 168 s (amax= 4,42 m

: v a

max= 0,34 m

/s)

t = 222 s (amax= 3,93 m

: v a

max= 0,18 m

/s)

a f= 1,08m

vf= 16,86m/s

a f= 1,25m

vf= 11,86m/s

a f= 1,2m

vf= 15,28m/s

a f= 1,06m

vf= 9,27m/s

a f= 1,03m

vf= 8,62m/s

a f= 1,08m

vf= 2,21m/s



int

φbed

φ

9,5

18

20

22

8

18

18Material 2

19,5

19,5Material 1

823

9

821

7

Material 3

Simulação

SIM

ULAÇÃO 8

t = 12 s (amax= 11,86 m

: v a

max= 10,67 m

/s)

t = 22 s (amax= 7,69 m

: v a

max= 22,59 m

/s)

t = 28 s (amax= 6,06 m

: v a

max= 17,98 m

/s)

t = 48 s (amax= 7,71 m

: v a

max= 0,11 m

/s)

bed

φbed

φ

t = 88 s (amax= 6,39 m

: v a

max= 0,21 m

/s)

t = 282 s (amax= 4,94 m

: v a

max= 0,23 m

/s)

a f= 1,08m

vf= 18,21m/s

a f= 1,0m

vf= 14,13m/s

a f= 1,06m

vf= 9,36m/s

a f= 1,23m

vf= 2,81m/s

a f= 1,13m

vf= 0,48m/s

a f= 1,15m

vf= 23,13m/s



int

φbed

φ

9,5

18

20

22

8

18

18Material 2

19,5

19,5Material 1

823

9

821

7

Material 3

Simulação

SIM

ULAÇÃO 9

t = 30 s (amax= 8,63 m

: v a

max= 9,2 m

/s)

t = 56 s (amax= 7,7 m

: v a

max= 0,22 m

/s)

t = 98 s (amax= 5,9 m

: v a

max= 0,24 m

/s)

t = 242 s (amax= 4,31 m

: v a

max= 0,36 m

/s)

bed

φbed

φ

a f= 1,18m

vf= 19,61m/s

a f= 1,01m

vf= 16,31m/s

a f= 1,02m

vf= 2,81m/s

a f= 1,28m

vf= 2,34m/s


Bacia Rio Pilões –análise

1985

2001

Viaduto

rodovia

Imigrantes

-Melhor simulação = 8




340

350

360

370

380

390

Altitude (m)

016

3147

6379

Pefil AA´ - t=28s´

Topografia do canal

Material da corrida

Margemdireita

Margemesquerda

6,46m

(espessura

máxima)

300

310

320

330

340

350

014

2944

5973

88102

117

Pefil BB´ - t=28s´

6,21m

t=28s

Altura

daPilha



-Melhor simulação = 8 t=282s

Altura

daPilha

190

200

210

220 29

4459

7590

105

Pefil FF´ - t=282s´

5,11m

130

140

150

160

020

4059

79

Pefil II´ - t=282s´

1,33m




t=282s

Altura

daPilha

t = 282s

0123456 572

687

815

934

1065

1196

1319

1442

1556

1667

1776

1913

2027

Distância do ponto inicial (m)

Altura do material (m)

0246810121416

Velocidade (m/s)

Altura do material

Velocidade

t = 282s

0

100

200

300

400 57

2687

815

934

1065

1196

1319

1442

1556

1667

1776

1913

2027

Distância do

ponto inicial (m)

Altimetria (m)

051015202530

Declividade (graus)

Altimetria

Declividade

Passagem

sob o

viaduto

Imigrantes.

Perfis longitudinais ao leito do rio

Conclusões

A respeito das sim

ulações com m

odelo dinâm

ico

•Dim

ensão da pilha com a equação parabólica –volume 12 %

maior

•Para escorregam

entos translacionais rasos –pilhas com form

as

mais simples

•Espalham

ento do m

aterial (bacia 4) nos primeiros metros do

movim

ento devido baixo ângulo de atrito interno

•Pequenas m

udanças no ângulo de atrito basal causaram

diferenças mais expressivas nas distâncias alcançadas.

•Qualidade do M

NT nos canais.

•Nas baixas encostas da serra, o m

aterial das corridas pode ter

seu m

ovim

ento praticamente paralisado, sem alcançar as

distâncias esperadas, devido m

udanças na topografia do canal -

ângulo de atrito internos constantes durante a sim

ulação, não

permitiram

obter alcances maiores, m

esmo se reduzindo o atrito

basal.

Conclusões

A respeito das sim

ulações com m

odelo dinâm

ico

•Em qualquer das porções das encostas ou dos canais de

drenagem

, nota-se que seria muito útil a possibilidade de se

fornecer diferentes ângulos de atrito interno, permitindo um

controle m

ais efetivo das corridas.

•Mapas de materiais foi im

portante para controlar a mudança de

ângulo de atrito basal, podendo assim

dar um caráter m

ais

realista às simulações, semelhante ao que vem

sendo utilizado

por outros modelos, que fazem uso de parâm

etros reológicos

como viscosidade e coeficiente de turbulência.

•Apesar do caráter estritamente friccionalas sim

ulações

mostraram-se adequadas com os resultados obtidos, m

esmo com

limitações

–tamanho da grade de cálculo vinculada àdistribuição das pilhas,

–ângulo de atrito interno invariável,

–dim

ensão das pilhas no instante inicial.

•A utilização m

odelos combinados érecomendado para

fenômenos tão complexos como as corridas de massa.

Obrigado !

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