Engenheiros da Duke University desenvolveram um novo modelo abrangente de deslizamentos de terra profundos e demonstraram que ele pode recriar com precisão a dinâmica de deslizamentos de terra históricos e atuais que ocorrem em várias condições.

Perscrutando as medições padrão de velocidade e níveis de água, o modelo aponta para a temperatura de uma camada relativamente fina de argila na base do deslizamento como crítica para seu potencial de falha cataclísmica repentina. A abordagem está sendo usada atualmente para monitorar um deslizamento de terra em evolução em Andorra e sugere métodos para mitigar o risco de sua escalada, bem como quaisquer outros deslizamentos de terra profundos no futuro.

Os resultados aparecem online em 15 de junho no Journal of Geophysical Research - Earth Surface .

"Publiquei um artigo há mais de uma década que explicava o que aconteceu na Represa Vajont, um dos maiores desastres causados ​​pelo homem de todos os tempos, "disse Manolis Veveakis, professor assistente de engenharia civil e ambiental na Duke. “Mas esse modelo era extremamente limitado e restrito a esse evento específico. Este modelo é mais completo. Pode ser aplicado a outros deslizamentos, fornecendo critérios de estabilidade e orientação sobre quando e como eles podem ser evitados. "

O desastre a que Veveakis está se referindo ocorreu na Barragem Vajont, um dos mais altos do mundo com 860 pés, no norte da Itália em 1963. Depois de anos tentando mitigar um lento, deslizamento de terra incremental de cerca de uma polegada por dia na encosta da montanha adjacente, reduzindo o nível da água do lago atrás da barragem, o deslizamento de terra acelerou repentinamente sem aviso. Quase 10 bilhões de pés cúbicos de rocha despencaram pela garganta e no lago a quase 70 milhas por hora. Isso criou um tsunami de mais de 250 metros de altura que caiu sobre a barragem, destruindo completamente várias pequenas cidades abaixo e matando quase 2, 000 pessoas.

Antes da catástrofe ocorrer, os cientistas não acreditam que qualquer deslizamento de terra em potencial resultaria em um tsunami de mais de 25 metros de altura. Eles permanecem intrigados com a forma como esse deslizamento de terra se moveu de forma tão violenta e repentina.

Em 2007, Veveakis juntou as peças e desenvolveu um modelo que se encaixa nas observações científicas do desastre. Ele mostrou como a água infiltrando-se na rocha acima de uma camada instável de argila causou um deslizamento de terra, o que, por sua vez, aqueceu e desestabilizou ainda mais a argila em um ciclo de feedback até que ela falhou rapidamente.

"A argila é um material muito sensível ao calor e pode criar uma faixa de cisalhamento muito suscetível ao atrito, "disse Carolina Segui, um Ph.D. candidato no laboratório de Veveakis e primeiro autor do novo artigo. "É o pior material para se ter em um lugar tão crítico e é um pesadelo para os engenheiros civis que constroem qualquer coisa em qualquer lugar."

Este modelo inicial, Contudo, usou apenas o último mês de dados da Barragem Vajont, quando o nível da água era quase constante. Ele ignorou qualquer tipo de variação da água subterrânea, assumindo essencialmente que o carregamento externo permaneceu constante. Embora esse modelo tenha trabalhado para explicar a falha inesperada do deslizamento de Vajont, as suposições do modelo impossibilitaram a oferta de avaliações em tempo real ou o uso em outros cenários.

No novo estudo, Veveakis, Segui e Hadrien Rattez, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Veveakis, tampe os orifícios do modelo antigo e forneça a capacidade de incorporar uma combinação de carga externa dependente do tempo e degradação interna. O modelo resultante é capaz de recriar e prever observações tiradas de muito diferentes, deslizamentos de terra profundos.

"Os modelos tradicionais de deslizamento de terra têm uma resistência interna estática do material, e se você excedê-lo, o deslizamento de terra falha, "disse Veveakis." Mas em exemplos como estes, o deslizamento já está se movendo porque sua força já foi ultrapassada, então esses modelos não funcionam. Outros tentaram usar o aprendizado de máquina para ajustar os dados, que funcionou às vezes, mas não explica a física subjacente. Nosso modelo incorpora as propriedades de materiais macios, permitindo que seja aplicado a mais escorregamentos com diferentes características de carregamento e fornecer um critério de estabilidade operacional por meio do monitoramento de sua temperatura basal. "

Além de usar o modelo para recriar os movimentos do slide Vajont e explicar os mecanismos que sustentam seu movimento por mais de dois anos, Veveakis e Segui mostram que seu modelo pode recriar e prever com precisão os movimentos do deslizamento de terra de Shuping, outro deslizamento de terra lento na barragem das Três Gargantas na China, a maior barragem do mundo. Mas embora esse deslizamento de terra também seja o resultado de um lago artificial ao lado de uma represa, é aí que as semelhanças terminam.

Antes do fracasso da represa Vajont, havia uma relação bastante linear entre o nível do lago e a velocidade do deslizamento de terra. Quanto mais baixo o nível do lago, mais lento o deslizamento de terra. O deslizamento de terra Shuping, Contudo, se comporta de maneira oposta - quanto mais baixo o nível do lago, quanto mais rápido o deslizamento de terra. E embora a relação entre o nível do lago e a velocidade fosse aproximadamente linear na Represa Vajont, a velocidade do deslizamento de Shuping não é linear, respondendo a fontes adicionais de água e carregamento, como as monções sazonais. Também é composto por diferentes materiais.

Apesar dessas diferenças, o novo modelo dos pesquisadores é capaz de reproduzir com precisão os movimentos do deslizamento de terra do Shuping na última década.

Nesse caso, os pesquisadores não têm acesso direto às medições feitas na banda de cisalhamento, que tem menos de um metro de solo de brecha marrom e argila siltosa. Eles precisam fazer suposições sobre os níveis de atrito e as temperaturas internas para fazer seu modelo funcionar.

Nas montanhas de Andorra, Contudo, o lento deslizamento de El Forn ameaça a segurança de um vilarejo próximo chamado Canillo e está sendo monitorado de perto pelo governo. Ao contrário da China ou Itália, não há represa ou lago envolvido - esse deslizamento de terra está sendo acelerado pelo derretimento da neve que alimenta o nível do lençol freático nas montanhas acima da cidade.

Mesmo que as condições sejam completamente diferentes dos dois deslizamentos anteriores, os pesquisadores estão confiantes de que seu modelo está à altura da tarefa.

Graças a vários furos que foram feitos para obter uma melhor compreensão do deslizamento de terra de El Forn, Veveakis e Segui conseguiram inserir termômetros diretamente na faixa de cisalhamento de um pequeno lóbulo que desliza mais rápido do que o resto. Com este nível de dados disponíveis, os pesquisadores esperam validar e refinar seu modelo ainda mais, e até mesmo fornecer conselhos sobre como evitar uma catástrofe potencial caso uma comece a se desenvolver.

"Pode-se imaginar bombear água do solo, ou circulando outro fluido frio através da camada de cisalhamento para resfriá-lo e retardar o deslizamento de terra, "disse Segui." Ou, pelo menos, se não pudéssemos pará-lo, para fornecer aviso suficiente para evacuar. É exatamente por isso que estamos lá. "