Application of chaos theory in the study of rock falls in Morro do Cantagalo, Rio de Janeiro RJ

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:00:15Z No. of bitstreams: 1 Fernanda Valinho Ignacio.pdf: 3558706 bytes, checksum: e14958ea0177868d5c1308dfc74574a0 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:00:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernanda Valinho Ignacio.pdf: 3558706 bytes, checksum: e14958ea0177868d5c1308dfc74574a0 (MD5) Previous issue date: 2019-02-04 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Rock slopes present high potential for rock falls instabilizations. This type of mass movement generally occurs abruptly and without signs of previous movement, involving kinetic energies and high speeds, resulting in catastrophic events. Despite the existing research about the problem, a high level of understanding about the interactions between the conditioning factors and the susceptibility of these events is still necessary. The chaos theory analyzes phenomena that, in addition to being sensitive to the initial conditions, present the overall behavior of the system that is notoriously different from those observed in Linear Systems, in which it is possible to divide the problem into parts and investigate them in isolation. This dependence arises from the nonlinearities existing in the system, which amplify small variations in the initial conditions, making the evolution of the phenomenon unpredictable. The present research aims at analyzing the applicability of chaos theory to describe the behavior of this mass movement through simulations of trajectories using the RocFall 6.0 program. Initially, a preliminary study of four distinct cases was carried out to verify the possibility of using the chaos theory to describe the behavior of the rock falls on slopes of augen gneiss and with this, to enable the application of the same into the case of study, elaborated from a section of the scarp of Morro do Cantagalo, facing Rua Professor Gastão Bahiana, Copacabana neighborhood, in the city of Rio de Janeiro. The results obtained during the research suggest that the mass movements of the rock falls type can be described by the chaos theory in view of the functional universality found, and the chaotic behavior is associated mainly with the concavity and / or with the convexity presented by the surfaces of the slopes, being able to present a weak or strongly chaotic behavior. Encostas rochosas apresentam grande potencial de instabilização por queda de blocos. Este tipo de movimento de massa geralmente ocorre de forma abrupta e sem indícios de movimentação prévia, envolvendo energias cinéticas e velocidades elevadas, que resultam em eventos muitas vezes catastróficos. Apesar das pesquisas existentes acerca do tema, ainda se faz necessário um nível de compreensão maior acerca das interações existentes entre os fatores condicionantes e a susceptibilidade de ocorrência destes eventos. A teoria do caos analisa fenômenos que, além de possuírem sensibilidade às condições iniciais, apresentam o comportamento global do sistema notoriamente distinto daqueles observados em Sistemas Lineares, nos quais é possível realizar a divisão do problema em partes e as investigar isoladamente. Esta dependência decorre das não-linearidades existentes no sistema, que amplificam pequenas variações nas condições iniciais, tornando imprevisível a evolução do fenômeno. A presente pesquisa visa analisar a aplicabilidade da teoria do caos para descrever o comportamento deste movimento de massa por meio de simulações de trajetórias de movimentos utilizando o programa RocFall 6.0. Inicialmente foi realizado um estudo preliminar de quatro casos distintos para a verificação da possibilidade de utilização da teoria do caos para descrever o comportamento da queda de blocos rochosos em encostas de gnaisse facoidal e com isso, viabilizar a aplicação da mesma para o estudo de caso, elaborado a partir de uma seção da escarpa do Morro do Cantagalo, com face para a Rua Professor Gastão Bahiana, Bairro de Copacabana, na cidade do Rio de Janeiro. Os resultados obtidos durante a pesquisa sugerem que os movimentos de massa do tipo quedas de blocos rochosos podem ser descritos pela teoria do caos tendo em vista a universalidade funcional encontrada, e que o comportamento caótico está associado principalmente com a concavidade e/ou com a convexidade apresentadas pelas superfícies das encostas, podendo apresentar um comportamento fracamente ou fortemente caótico.