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Quando as pedras começam a rolar

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Mai 31, 2024
(Fotografia: ETH Zurique)

O deslizamento de terra em Brienz (GR) em 2023 manteve a Suíça em suspense durante semanas. Pesquisadores da ETH Zurich, WSL e SLF usaram um modelo para fornecer uma previsão cega altamente precisa de onde a massa deslizante iria parar. O professor da ETH, Johan Gaume, explica como o modelo funciona e onde estão suas limitações.

Johan Gaume, professor adjunto de movimentos de massa alpinos na ETH e SLF, estuda avalanches, deslizamentos de terra, fluxos granulares e de detritos. Ele e sua equipe desenvolveram um novo software de simulação para estimar quais áreas podem estar em risco de desastres naturais como estes. Pouco antes do deslizamento de terra ocorrer em Brienz, eles foram capazes de prever até onde a avalanche de rochas poderia viajar – e o evento real acabou fornecendo evidências “empíricas” da precisão da simulação. Nesta entrevista, o pesquisador explica como funciona seu modelo e por que ele estava relutante em comunicar suas descobertas no verão passado, quando o deslizamento de terra foi notícia.

ETH News: Com a ajuda de seu novo modelo, você foi capaz de prever com antecedência, com precisão de um metro, onde os destroços do deslizamento de Brienz iriam parar. Qual é o segredo por trás deste modelo?
Johan Gaume: Os modelos anteriores eram bidimensionais e elaborados de acordo com leis empíricas de atrito cujos parâmetros eram geralmente calculados retroativamente com base em dados de eventos passados. Como os eventos reais não ocorrem com muita frequência em condições semelhantes, a calibração não é fácil, o que resulta em grandes incertezas de modelagem. Nosso modelo, por outro lado, é baseado nos materiais envolvidos, ou seja, gelo, neve e rocha, é inteiramente tridimensional e requer essencialmente apenas três componentes: um modelo digital de elevação para representar a topografia, o volume de materiais liberados e diversas propriedades mecânicas. como o atrito e a rigidez da massa do deslizamento. Podemos avaliar esses fatores usando testes laboratoriais geotécnicos clássicos.

O modelo foi desenvolvido especificamente para o caso de Brienz?
Não. Foi originalmente desenvolvido para simular avalanches de neve. No entanto, como nosso código é baseado em materiais, é relativamente fácil adicionar um modelo de material diferente e simular o comportamento de rochas, gelo e água.

Por que Brienz foi tão importante para você?
Brienz foi uma oportunidade para darmos uma contribuição e testarmos a precisão com que o nosso modelo prevê tais eventos. Até recentemente, só conseguíamos testar o nosso modelo em relação a eventos passados. Foi isso que tornou Brienz de particular interesse para nós. Dada a elevada probabilidade de ocorrência de um evento importante como este, utilizámos as nossas simulações para fazer uma previsão cega e apresentámos os nossos resultados às autoridades cantonais.

Qual foi a previsão?
Criamos dois cenários: um seco e um pessimista envolvendo muita água, o que aumenta a mobilidade do material rochoso. No caso de um deslizamento de terra seco, previmos que o deslizamento iria parar a cerca de 20 metros da aldeia. No entanto, o nosso segundo cenário indicou que o deslizamento de rochas poderia impactar mais de metade da aldeia se houvesse muita água envolvida.

Isso soa como uma previsão altamente precisa para um cenário seco. Quão realista é o seu modelo?
Embora tenhamos ficado satisfeitos ao descobrir que a nossa simulação foi bem corroborada pela realidade, os nossos resultados de modelação não foram perfeitos e incluíram algumas discrepâncias. Por exemplo, o volume de material na nossa simulação foi ligeiramente superestimado. Além disso, nosso modelo apresentou mais espalhamento lateral do que observamos na realidade.

Por que você se conteve em suas previsões no verão passado?
Embora eu estivesse satisfeito com a precisão da simulação em que trabalhávamos há anos e quisesse comunicar isso rapidamente no caso de Brienz, havia uma série de grandes incertezas – como a questão da água e o cenário de lançamento. Se houvesse muita água envolvida, a simulação teria sido altamente imprecisa porque não consegue modelar completamente os acoplamentos hidromecânicos. Isso é algo em que estamos trabalhando atualmente. Mas também estávamos relutantes em comunicar a nossa previsão, dada a sensibilidade do aspecto político. As pessoas no local poderiam ter entendido mal tal mensagem. Se o meu modelo prevê que um grande evento irá ocorrer e irá parar a 20 metros da minha casa, obviamente irei evacuar face a demasiadas incertezas.

Há quanto tempo você trabalha neste modelo?
Desde 2017. Foi quando comecei a trabalhar com meus colegas da SLF e da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) em uma nova geração de modelos de computador que simulam movimentos de massa alpinos com a maior precisão possível. Estes não incluem apenas fluxos de neve, gelo, rocha e detritos, mas também cascatas – um processo em que, por exemplo, uma avalanche de rocha e gelo desencadeia um fluxo de detritos. Resumindo, passei anos trabalhando nos aspectos de modelagem relacionados ao desencadeamento e à dinâmica dos movimentos de massa nos Alpes.

Como você pode melhorar o modelo?
Um pesquisador de pós-doutorado do meu grupo na ETH/SLF está atualmente reanalisando os dados do Brienz e realizaremos simulações adicionais para avaliar nossas previsões e descobrir o que poderíamos ter feito melhor. Apresentaremos nossas simulações cegas e análises subsequentes na Conferência INTERPRAEVENT 2024 em Viena neste verão. Também estamos desenvolvendo outros modelos nos quais podemos combinar sólidos e líquidos ao mesmo tempo para obter uma mistura de um líquido viscoso e partículas maiores e mais grossas, como pedras. Estamos também a alargar os nossos modelos para analisar melhor os efeitos do aquecimento global. Para fazer isso, precisamos de modelos que não apenas simulem a interação entre as fases líquida e sólida, mas também capturem mudanças de fase de sólido para líquido ou efeitos de temperatura. Também estamos trabalhando na simulação de cascatas de processos, como as que ocorreram no Piz Cengalo, acima de Bondo. No caso de tais cascatas, um evento desencadeia outro, que desencadeia outro. Estas cascatas de processos catastróficos poderão tornar-se mais frequentes e intensas como resultado das alterações climáticas. Eles começam no alto da zona alpina e podem fluir para o vale como uma mistura de componentes líquidos e sólidos.

Você disponibiliza seus modelos para os profissionais?
Para disponibilizar os modelos aos profissionais, primeiro precisamos torná-los mais fáceis de usar. Em breve começaremos a trabalhar no desenvolvimento de uma interface gráfica de usuário para torná-los mais amigáveis. Também queremos melhorar a eficiência do nosso código. A simulação de Brienz, por exemplo, teve resolução de dois metros e utilizou cerca de dois milhões de partículas. Demorou menos de dez minutos para rodar em um bom computador de escritório. Uma versão que pode usar processadores gráficos e ferramentas de IA nos permitiria melhorar a resolução ou ter os resultados da simulação disponíveis em menos de um minuto.

Como você usará o modelo no futuro?
Atualmente, estamos usando nosso modelo para fins de pesquisa e consultoria. Recebemos solicitações das autoridades cantonais e de empresas de engenharia para realizar simulações em casos em que as abordagens clássicas são difíceis. No entanto, a maior parte do nosso trabalho atualmente está relacionada à pesquisa. Dadas as melhorias e desenvolvimentos que planeamos para o nosso modelo, suspeito que também poderá ser do interesse dos profissionais.

A que outros casos na Suíça ou nos Alpes você poderá aplicar o seu modelo num futuro próximo?
Atualmente estamos envolvidos em um importante projeto WSL chamado Climate Change Impacts on Mass Movements (CCAMM), onde estamos realizando cenários e simulações na área de Kandersteg em Spitze Stei, acima do Lago Oeschinen, onde a encosta rochosa é considerada instável. Estamos simulando uma avalanche de rochas potencialmente massiva que poderia atingir o lago e provocar um tsunami. Isto poderia transportar sedimentos saturados e causar um fluxo de detritos que poderia pôr em perigo a aldeia de Kandersteg.

Sobre Johan Gaume

Johan Gaume é professor de movimentos de massa alpinos na ETH Zurich e SLF Davos desde 2020. Natural da França, conduziu pesquisas em instituições como UCLA e EPFL.

Referência

Cicoira A, Blatny L, Li X, Trottet B, Gaume J. Rumo a um modelo multifásico preditivo para movimentos de massa alpina e cascatas de processos, Geologia de Engenharia, Volume 310, 2022, 106866, doi: 10.1016/j.enggeo.2022.106866

Peter Ruegg

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