ANÁLISE DE FLUXOS DE DETRITOS NA REGIÃO SERRANA FLUMINENSE Andrea Balbuzano ...

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ANÁLISE DE FLUXOS DE DETRITOS NA REGIÃO SERRANA FLUMINENSE

Andrea Balbuzano Pelizoni
Dissertação de Mestrado apresentada ao
Programa de Pós-graduação em Engenharia
Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de Mestre em
Engenharia Civil.
Orientador: Anna Laura Lopes da Silva Nunes

Rio de Janeiro
Março de 2014
ANÁLISE DE FLUXOS DE DETRITOS NA REGIÃO SERRANA FLUMINENSE

Andrea Balbuzano Pelizoni

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO
LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE)
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM
CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL.

Examinada por:

________________________________________________
Prof. Anna Laura Lopes da Silva Nunes, Ph.D.

________________________________________________
Prof. Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão, Ph.D.

________________________________________________
Prof. Rogério Luiz Feijó, D.Sc.

________________________________________________
Prof. Willy de Alvarenga Lacerda, Ph.D.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARÇO DE 2014
Balbuzano, Andrea Pelizoni
Análise de Fluxos de Detritos na Região Serrana
Fluminense/ Andrea Balbuzano Pelizoni. – Rio de Janeiro:
UFRJ/COPPE, 2014.
XII, 141 p.: il.; 29,7 cm.
Orientadora: Anna Laura Lopes da Silva Nunes
Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de
Engenharia Civil, 2014.
Referencias Bibliográficas: p. 133-141.

1. Fluxos de detritos. 2. Relações empíricas. 3.
Análises numéricas. 4. Estimativa de parâmetros. I.
Nunes, Anna Laura Lopes da Silva. II. Universidade
Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de
Engenharia Civil. III. Título

iii
AGRADECIMENTOS
A Deus pela fortaleza, a luz e a força para concluir esta etapa da minha vida.
A meus pais, Zilene e Angel pelo apoio e a força em todo momento, pelo amor e
confiança em cada um dos meus passos até aqui.
A toda minha família e amigos, que de longe me apoiaram durante todo este tempo. A
tia Ilma, pela compreensão e apoio em todo momento.
À professora Anna Laura, por ter me aceitado como orientada, pela compreensão,
pelo carinho, pela amizade e pela força, por toda sua preocupação e ajuda durante o
desenvolvimento desta dissertação.
Ao José, pelo apoio, compreensão e paciência durante esta etapa, pela ajuda
incondicional durante longos dias de trabalho.
Aos membros da banca pelo tempo e atenção prestados.
Aos professores da COPPE, pelas aulas e os conhecimentos transmitidos.
Ao Professor Oldrich Hungr, por disponibilizar o acesso ao programa DAN3D.
À Capes, pelo apoio econômico.
Às empresas Seel Engenharia e Geomecânica, pelas informações disponibilizadas
para desenvolver este trabalho.
Ao Engenheiro Paulo Henrique Dias, pelo apoio e ensinamentos durante o
desenvolvimento deste trabalho.
Ao senhor Alberto Simas, sobrevivente do evento Córrego D'Antas, pelo depoimento e
relato do Evento Córrego D'Antas, contribuindo a reconstruir o evento.
A todos os amigos e colegas, professores e funcionários do Laboratório de Geotecnia
do Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ por brindar o apoio durante o
desenvolvimento desta dissertação.

iv
Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos
necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

ANÁLISE DE FLUXOS DE DETRITOS NA REGIÃO SERRANA FLUMINENSE

Andrea Balbuzano Pelizoni

Março /2014

Orientador: Anna Laura Lopes da Silva Nunes

Programa: Engenharia Civil

Os fluxos de detritos são conhecidos como um dos tipo de movimentos de
massa mais catastróficos da natureza, em função da rapidez, energia e volume
elevados do movimento. No Brasil, e em diversas regiões do mundo os prejuízos
provocados por este movimento têm sido significativos, com expressivas perdas
econômicas e fatalidades. Métodos empíricos e analíticos têm sido desenvolvidos,
visando a estimar os principais parâmetros de fluxo de detritos, que possam ser
usados para desenvolver medidas de mitigação e convivência em áreas susceptíveis.
Este trabalho tem por objetivo apresentar os principais métodos empíricos e numéricos
para avaliação de fluxos de detritos. Foram utilizadas relações empíricas e o programa
numérico DAN3D para avaliar os principais parâmetros característicos de dois fluxos
de detritos deflagrados na Região Serrana do Rio de Janeiro, após o evento
extraordinário de precipitações em Janeiro de 2011. Os casos de fluxo de detritos do
Caleme, em Teresópolis, e Córrego D’Antas, em Nova Friburgo, foram investigados e
analisados com as relações empíricas e a simulação numérica com o programa
DAN3D. Os resultados obtidos foram comparados com as características reais dos
dois eventos, indicando valores consistentes, que corroboram o emprego destas
ferramentas para análises de áreas de risco e projetos de estruturas de convivência e
mitigação de fluxo de detritos.
v
Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

ANALYSIS OF DEBRIS FLOWS IN REGIÃO SERRANA FLUMINENSE

Andrea Balbuzano Pelizoni

March/2014

Advisor: Anna Laura Lopes da Silva Nunes

Department: Civil Engineering

The Debris flows are known to be among the most catastrophic mass
movements of nature, depending on the speed, power and high volume of motion. In
Brazil and in several regions of the world the damage caused by this movement has
been associated with significant economic losses and fatalities. Empirical and
analytical methods have been developed to estimate the main parameters of debris
flow, which can be used to develop mitigation and coexistence solutions in susceptible
areas. This work aims to present the main empirical and numerical methods for
evaluating debris flow methods. Empirical relationships and the numerical program
DAN3D were used to evaluate the main characteristic parameters of two debris flows
triggered in the mountainous region of Rio de Janeiro, extraordinary rainfall event in
January, 2011. The cases of the debris flow and Caleme in Teresopolis and Córrego
D'Antas, in Nova Friburgo, were investigated and analyzed with empirical relations and
numerical simulation with DAN3D program. The results were compared with the actual
characteristics of the two events, indicating consistent values, which confirm the
usefulness of these tools for analysis of risk areas and projects of structures of
coexistence and mitigation of debris flow.

vi
ÍNDICE
CAPITULO 1. ................................................................................................................ 1
1.1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 1
1.2. OBJETIVOS ................................................................................................... 2
1.3. ORGANIZAÇÃO ............................................................................................. 3
CAPITULO 2. REVISÃO BIBLIOGRAFICA ............................................................. 4
2.1 MOVIMENTOS DE MASSAS.......................................................................... 4
2.2 TIPOS DE MOVIMENTO DE MASSA ............................................................. 9
2.2.1. QUEDAS (FALLS) ................................................................................... 9
2.2.2. TOMBAMENTO (TOPPLES) ................................................................. 10
2.2.3. ESCORREGAMENTOS OU DESLIZAMENTO (LANDSLIDES) ............. 11
2.2.4. EXPANSÕES LATERAIS (LATERAL SPREADS) ................................. 12
2.2.5. CORRIDAS OU FLUXO DE DETRITOS (DEBRIS FLOW) .................... 13
2.2.6. MOVIMENTOS COMPLEXOS ............................................................... 15
2.3 FLUXOS DE DETRITOS .............................................................................. 19
2.4 MÉTODOS DE ANÁLISES DOS PRINCIPAIS PARÂMETROS .................... 40
2.5 RELAÇÕES EMPÍRICAS PARA CÁLCULO DOS PARÂMETROS DE
FLUXOS DE DETRITOS ......................................................................................... 41
2.6 MÉTODOS ANALÍTICOS PARA ESTIMATIVA DOS PARÂMETROS DE
FLUXOS DE DETRITOS ......................................................................................... 44
2.7 PROGRAMA NUMÉRICO ............................................................................ 49
2.7.1. METODOLOGIA .................................................................................... 53
2.7.2. MODELOS REOLÓGICOS UTILIZADOS NO DAN3D ........................... 54
2.8 MEDIDAS DE MITIGAÇÃO .......................................................................... 56
2.8.1. MEDIDAS ATIVAS................................................................................. 58
2.8.2. MEDIDAS PASSIVAS ............................................................................ 63
CAPITULO 3. CASOS DE ESTUDO ..................................................................... 65
3.1. FLUXOS DE DETRITOS DO CALEME ......................................................... 66
3.1.1. LOCALIZAÇÃO DO CASO DE ESTUDO ............................................... 66
3.1.2. HISTORICO DO EVENTO ..................................................................... 67
vii
3.1.3. CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS DA ÁREA ....................... 70
3.1.4. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICOS - GEOTÉCNICAS DA ÁREA ....... 72
3.1.5. VARIAVEIS ESTIMADAS DO MOVIMENTO DE MASSA DO CALEME 79
3.2. FLUXO DE DETRITOS DO CÓRREGO D’ANTAS ....................................... 84
3.2.1. LOCALIZAÇÃO DO EVENTO ................................................................ 84
3.2.2. HISTÓRICO DO EVENTO ..................................................................... 84
3.2.3. CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS DO EVENTO .................. 85
3.2.4. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS - GEOTÉCNICAS DA ÁREA ....... 90
3.2.5. VARIAVEIS ESTIMADAS DO MOVIMENTO DO CÓRREGO D'ANTAS 91
CAPITULO 4. ANÁLISES ...................................................................................... 98
4.1. ANÁLISE DOS PARÂMETROS ATRAVÉS DE RELAÇÕES EMPÍRICAS .... 98
4.2. SIMULAÇÃO NUMÉRICA COM DAN3D .................................................... 103
4.2.1 ELEMENTOS DE ENTRADA (INPUTS) PARA SIMULAÇÃO COM
DAN3D 103
4.2.2. ELEMENTOS DE SAÍDA (OUTPUTS) DO DAN3D.............................. 108
4.3. SIMULAÇÕES DOS CASOS DE ESTUDO COM O MODELO DAN3D ...... 108
4.4. COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS DE CAMPO, RELAÇÕES EMPÍRICAS
E SIMULAÇÕES NUMÉRICAS ............................................................................. 121
4.5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................ 128
CAPITULO 5. CONCLUSÕES ............................................................................ 129
5.1. CONCLUSÕES .......................................................................................... 129
5.2. SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS ............................................ 131
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 133

viii
LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Queda de blocos na rodovia BR-101 atingindo um muro de contenção
(NUNES, 2013). .......................................................................................................... 10
Figura 2.2 - Ruptura por tombamento (NUNES, 2008). ............................................... 11
Figura 2.3 - Escorregamento do Quitite, Nova Friburgo, Janeiro 2011. ....................... 13
Figura 2.4 - Fluxo de detritos – Vargas, Venezuela (1999). ........................................ 15
Figura 2.5 - Depósitos resultante de movimentos complexos, acorridos em Vargas,
Venezuela em 1999. ................................................................................................... 16
Figura 2.6 - Esquema geral do movimento (JAKOB, 2005). ....................................... 21
Figura 2.7 - Divisão de zonas da trajetória do movimento com fluxo canalizado
(VANDINE, 1996). ...................................................................................................... 21
Figura 2.8 - Perfil esquemático de fluxo de detritos com frente granular (PIERSON,
1987). ......................................................................................................................... 23
Figura 2.9 - Esquema de Classes 1 a 3 de fluxo de detritos (Jakob, 2005). ................ 29
Figura 2.10 - Esquema de Classes 4 a 6 de fluxo de detritos (Jakob, 2005). .............. 29
Figura 2.11 - Diagrama esquemático de uma seção erodida em um canal de fluxo de
detritos (adaptado HUNGR et al., 2003). .................................................................... 37
Figura 2.12 - Fluxograma de simulação no modelo DAN3D. ....................................... 54
Figura 2.13 - Relação entre os parâmetros de resistência por atrito do DAN3D. ........ 55
Figura 2.14 - Medidas de mitigação (NUNES & RIOS FILHO, 2009). ......................... 57
Figura 2.15 - Barreiras permeáveis para mitigação de fluxo de detrito - Parque Waraira
Repano (Ávila) - Caracas, Venezuela. ........................................................................ 60
Figura 2.16 - Barreiras Permeáveis - Muro de Gabião - Parque Waraira Repano (Ávila)
Caracas, Venezuela.................................................................................................... 60
Figura 2.17 - Barreira de gabiões - Parque Waraira Repano (Ávila)-Caracas,
Venezuela. .................................................................................................................. 61
Figura 2.18 - Bacias de deposição para fluxos de detritos, Japão (HORIUCHI, 1998).61
Figura 2.19 - Barreira flexível - BR040 - RJ (NUNES, 2013). ...................................... 62
Figura 2.20 - Bermas dissipadoras de energía fluxos de detritos, Córrego
Tanaguarena, La Guaira, Venezuela (1996). .............................................................. 62
Figura 3.1 - Localização da área do evento do Caleme, Teresópolis .......................... 67
Figura 3.2 - Imagem aérea do “Evento Caleme”. (GEOMECÂNICA, 2011). ................ 68
Figura 3.3 Tálus Colúvio na base da encosta, Evento Caleme (2011) ........................ 70
Figura 3.4 - Condição da área antes do Evento Caleme, Julho 2010 (GOOGLE
EARTH, 2010). ........................................................................................................... 71
ix
Figura 3.5 - Condição da área após o Evento Caleme, Maio 2011 (GOOGLE EARTH,
2011). ......................................................................................................................... 71
Figura 3.6 - Perfil longitudinal da trajetória do fluxo de detritos no Caleme. ............... 76
Figura 3.7 - Retroanálises da parte superior da seção de estudo do Evento Caleme. 77
Figura 3.8 - Zona de iniciação do movimento de massa do Caleme. .......................... 80
Figura 3.9 - Zona de iniciação do movimento de massa do Evento Caleme. .............. 81
Figura 3.10 - Zona de deposição do fluxo de detritos no Caleme................................ 82
Figura 3.11 - Zona de transporte e erosão do fluxo de detritos no Caleme. ................ 82
Figura 3.12 Zona de deposição do material do Evento Caleme .................................. 83
Figura 3.13 - Imagem de satélite da área do evento Córrego D´Antas (GOOGLE
EARTH, 2013). ........................................................................................................... 84
Figura 3.14 - Trajetórias do movimento de massa do Córrego D’Antas. ..................... 86
Figura 3.15 - Movimento de massa do Córrego D´Antas. .......................................... 87
Figura 3.16 - Perfil longitudinal da trajetória do fluxo do Córrego D´Antas. ................. 88
Figura 3.17 - Condições da área antes do evento Córrego D´Antas (GOOGLE
EARTH, 2010). ........................................................................................................... 89
Figura 3.18 - Condições após evento do Córrego D´Antas (GOOGLE EARTH, 2011).
................................................................................................................................... 89
Figura 3.19 - Zona de iniciação do movimento de massa do Córrego D´Antas. .......... 92
Figura 3.20 - Zona de deposição do material do Evento Córrego D´Antas. ................. 93
Figura 3.21 - Tálus/colúvio na base da escarpa do Córrego D’Antas. ......................... 94
Figura 3.22 - Zona de transporte e erosão do movimento de massa principal na parte
superior do Córrego D’Antas. ...................................................................................... 95
Figura 3.23 - Zona de transporte e erosão do movimento de massa principal na parte
inferior do Córrego D’Antas. ........................................................................................ 96
Figura 3.24 - Distância percorrida pelo fluxo de detritos no Córrego D´Antas. ............ 97
Figura 4.1 - Imagem geral do movimento (output , DAN3D) - Caso Caleme. ............ 111
Figura 4.2 - Mapa de velocidade – Caleme. .............................................................. 112
Figura 4.3 - Mapa de descarga de pico – Caleme. .................................................... 112
Figura 4.4 - Mapa de deposição – Caleme. .............................................................. 113
Figura 4.5 - Mapa de erosão – Caleme. .................................................................... 113
Figura 4.6 - Área de deposição obtida com a modelagem no DAN3D – Caleme. ..... 114
Figura 4.7 - Imagem geral do movimento (output DAN3D) - Caso Córrego D'Antas. 115
Figura 4.8 - Mapa velocidade máxima – Córrego D’Antas. ....................................... 117
Figura 4.9 - Mapa de descarga de pico – Córrego D’Antas. ...................................... 117
Figura 4.10 - Mapa de deposição máxima – Córrego D’Antas. ................................. 118
Figura 4.11 - Mapa de erosão – Córrego D’Antas. .................................................... 118
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