Dissertação de Mestrado
CONTRIBUIÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DA
METODOLOGIA DE ANÁLISE, GESTÃO E
CONTROLE DE RISCOS GEOTÉCNICOS PARA A
ÁREA URBANA DA CIDADE DE OURO PRETO
AUTOR
: MICHEL MOREIRA MORANDINI FONTES
ORIENTADOR: Prof. Dr. Romero César Gomes (UFOP)
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP
Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br
F683c Fontes, Michel Moreira Morandini.
Contribuição para o desenvolvimento da metodologia de análise, gestão e controle de riscos geotécnicos para a área urbana da cidade de Ouro Preto [manuscrito] / Michel Moreira Morandini Fontes - 2011.
xxi, 132f.: il., color.; grafs.; tabs.; mapas.
Orientador: Prof. Dr. Romero César Gomes.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. NUGEO.
Área de concentração: Geologia de Engenharia e Geotecnia Ambiental.
1. Geotecnia - Gestão de riscos - Teses. 2. Escorregamentos (Geologia) – Ouro Preto (MG) - Teses. 3. Deslizamento - Teses. 4. Inclinômetro - Teses. 5. Clinômetro - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título.
“Vivemos em uma época perigosa. O homem domina a natureza antes que tenha aprendido a dominar a si mesmo.”
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EDICATÓRIA
A
GRADECIMENTOS
A Deus, por estar sempre ao meu lado e permitir a conclusão de mais esta etapa.
A Engenheira Geotécnica Michelle, minha mulher, pela inesgotável fonte de apoio e incentivo, luz que me conduziu a esta conquista. Por acreditar e dedicar-se incondicionalmente a mim em todos os momentos de nossa vida.
A meus Pais, pelo apoio, carinho e principalmente educação, sendo através da qual estabeleço minha conduta pessoal frente às adversidades da vida.
Ao Professor Romero, mestre a quem estimo sinceros agradecimentos pela iniciação na engenharia geotécnica na UFOP. Foi e sempre será pessoa de grande relevância educacional e profissional, referência primária dos conceitos obtidos antes e durante o desenvolvimento deste trabalho, tive a honra de tê-lo como meu Orientador.
Ao Núcleo de Geotecnia Aplicada, NUGEO, e a Escola de Minas, pelo ensino público de qualidade.
À Prefeitura Municipal de Ouro Preto, através da Secretaria Municipal de Obras na pessoa da Sra. Cecília, à Defesa Civil de Ouro Preto e ao Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional (IPHAN) pelo apoio e disponibilidade de dados para consolidação da metodologia utilizada.
A Fundação Gorceix pelo apoio financeiro a instalação de verticais de inclinômetro nas encostas da cidade de Ouro Preto-MG.
Ao Geólogo Alaor Ribeiro de Abreu pela contribuição e ensinamentos quando da utilização do software ArcGIS.
Aos alunos de Graduação, bolsistas do Nucleo de Geotecnia Aplicada que contribuíram significativamente durante os trabalhos de campo.
A minha segunda família, o Sr Wiston e Sra Sônia, pelo apoio e carinho sempre oferecidos.
R
ESUMO
O intenso processo de urbanização vivido no Brasil a partir da década de 70, aliado à falta de recursos e de políticas habitacionais adequadas, proporcionou um amplo processo de ocupação de áreas urbanas, resultando em graves situações de risco. Este contexto se aplica integralmente à área urbana do município de Ouro Preto/MG, ambiente moldado num cenário de elevada complexidade geológica e geomorfológica, passível, portanto, de potenciais mecanismos de movimentos de massa e impactos diretos sobre a infra-estrutura local e à população. O objeto deste trabalho consistiu em aplicar os princípios e as bases conceituais das análises de risco a escorregamentos ao sítio urbano da cidade, visando contribuir para a prevenção/mitigação dos riscos e para a gestão político-ambiental deste espaço. A proposta metodológica desenvolvida incluiu a utilização de ferramentas SIG por meio do Programa ArcGis. Os atributos e parâmetros admitidos como potencialmente indutores dos mecanismos de escorregamentos foram os seguintes: declividade, forma das encostas e litologia. Dentre os fatores analisados, a declividade exerceu maior influência, seguida pela litologia e pela morfologia local. Os resultados foram sistematizados em um mapa de suscetibilidade a escorregamentos e um mapa de perigo a escorregamentos. O primeiro traduz a predisposição do espaço físico induzir movimentos de massa. O mapa de perigo a escorregamentos representa a probabilidade da ocorrência destes processos e suas conseqüências em termos de danos físicos e patrimoniais, além de perdas de vidas humanas. O trabalho incluiu ainda os estudos e resultados obtidos com programa de controle e monitoramento do espaço urbano da cidade, por meio de inspeções in situ e instalação de inclinômetros em áreas críticas. Tais procedimentos, integrados aos estudos dos condicionantes geológico-geotécnicos locais, propiciaram a definição do zoneamento de áreas de risco da área estudada, levando-se em consideração a influência direta das ocorrências registradas ao longo do tempo.
A
BSTRACT
The intense process of urbanization that has occurred in Brazil since the 70s, together with the lack of resources and appropriate housing policies, provided an extensive process of occupation of urban areas, resulting in serious risk conditions. This context is fully applicable to the urban area of Ouro Preto / MG, environment framed against a backdrop of highly complex geological and geomorphological, liable, therefore, potential mechanisms of mass movements and direct impacts on local infrastructure and population . The object of this study was to apply the principles and conceptual basis of the analysis of landslide risk to the urban city, aiming to prevent / mitigate the risks and the management of political-environmental space. The methodology developed included the use of GIS tools using the ArcGIS program. The attributes and parameters accepted as potentially inducing mechanisms of the landslides were the following: slope inclination, lithology and the shape of the slopes. Among the factors analyzed, the slope inclination had a greater influence, followed by the lithologies and by the local morphology. The results were summarized in a landslide susceptibility map and a map of the landslide hazard. The first reflects the predisposition of the physical space to induce mass movements. The landslide hazard map to represent the likelihood of such processes and their consequences in terms of physical damage and property, and loss of life. The work has included studies and results of program monitoring and control of urban space in the city, through site inspections and installation of inclinometers in critical areas. Such procedures, integrated with studies of geological and geotechnical local constraints zoning enabled the definition of risk conditions in the local site, taking into account the direct influence of the geotechnical invents recorded over time.
L
ista de Figuras
CAPÍTULO 2
Figura 2.1 − Classificação de riscos ambientais (Cerri, 1993; Cerri e Amaral, 1998) .. 11
Figura 2.2 − Mapa de suscetibilidade a movimentos de massa do Estado de São Paulo (DAEE/IPR,1985)...16
Figura 2.3 − Classificação de métodos de avaliação de perigos a escorregamentos (modificado de Aleotti & Chowdhury, 1999) ... 20
Figura 2.4 − Exemplo de mapeamento de risco em Ubatuba (IG/SMA, 2006) ... 29
CAPÍTULO 3 Figura 3.1 − Planta da cidade de Ouro Preto - 1888 (fonte:acervo cartográfico do arquivo público mineiro) ... 33
Figura 3.2 − Planta da cidade de Ouro Preto escala 1:20.000 - 1939 (fonte:acervo cartográfico do arquivo público mineiro) ... 33
Figura 3.3 − Evolução da ocupação da área urbana de Ouro Preto (Castro, 2006) ... 34
Figura 3.4 − Distribuição espacial da malha urbana da cidade de Ouro Preto (2010) ... 35
Figura 3.5 − Mapa geológico da área urbana da cidade de Ouro Preto/MG (Lobato et al., 2005) ... 37
Figura 3.6 − Mapa Hipsométrico da cidade de Ouro Preto ... 42
Figura 3.7 − Mapa de Declividades da cidade de Ouro Preto ... 43
Figura 3.8 − Classificação de solos da área urbana de mariana/MG (Souza, 2004) ... 48
Figura 3.9 − Evolução de vertente / bairro Piedade (Fonseca e Sobreira, 1997, modificado) ... 49
Figura 3.10 − Ruptura do talude da Avenida Perimetral (Gomes, 2002, modificado) . 50 Figura 3.11 − Escorregamento na Rua padre Rolim em 1979 (IPHAN, 1979) ... 51
CAPÍTULO 4
Figura 4.1 − Modelo do cadastro dos registros de MGM na área urbana de Ouro Preto56
Figura 4.2 − Registro Fotográfico da ruptura ocorrida na Rua Padre Rolim ... 59
Figura 4.3 − Exemplo de solução estrutural inadequada (Rua René Gianetti) ... 60
Figura 4.4 − Distribuição das ocorrências cadastradas por tipologia dos eventos geotécnicos... 61
Figura 4.5 − Modelo da ficha de campo utilizada nas inspeções in situ ... 62
Figura 4.6 − Exemplo de grid regular ... 66
Figura 4.7 − Mapa Geomorfológico da área urbana da cidade de Ouro Preto ... 70
Figura 4.8 − Mapa de Uso e ocupação do solo da área urbana da cidade de Ouro Preto71 Figura 4.9 − Classificaçaõ das formações geológicas pelo Diagrama Triangular (Souza, 2004) ... 73
Figura 4.10 – Arquitetura de referência em ambiente ArcGis...73
Figura 4.11 – Fluxograma do sistema de tratamento, integração e análise de dados ... 76
Figura 4.12 – Fluxograma das etapas de obtenção da proposta de zoneamento de riscos77 CAPÍTULO 5 Figura 5.1 − Mapa Topográfico da área urbana da cidade de Ouro Preto ... 79
Figura 5.2 − Modelo Digital da Elevação da área urbana da cidade de Ouro Preto/MG80 Figura 5.3 − Mapa de Declividade da área urbana da cidade de Ouro Preto/MG. ... 80
Figura 5.4 − Mapa de Inventário de ocorrências registradas na área urbana da cidade de Ouro Preto/MG... 82
Figura 5.5 − Ocupação Desordenada e de baixo Padrão Construtivo – Bairro Piedade 83 Figura 5.6 − Ocupação Inadequada e de Baixo Padrão Construtivo – Bairro Santa Efigênia ... 83
Figura 5.7 − Ocupação Planejada de Médio Padrão Construtivo – Bairro Pilar ... 84
Figura 5.8 − Ocupação Planejada de Alto Padrão Construtivo – bairro Vila dos Engenheiros... ... 84
Figura 5.9 − Distribuição das classes de suscetibilidade/Km2 para a área urbana de Ouro Preto ... 86
CAPÍTULO 6
Figura 6.1 − Esquema geral da instrumentação de uma encosta por meio de
inclinômetros... 92
Figura 6.2 − Tubo de inclinõmetro instalado ao lado do antigo prédio da Santa casa de Misericórdia ... 93
Figura 6.3 − Inclinômetro utilizado nos estudos de campo ... 94
Figura 6.4 − Instalação de tubo de inclinômetro em campo ... 94
Figura 6.5 − Ranhuras internas dos tubos-guias ... 95
Figura 6.6 − Parâmetros de leituras de um inclinômetro... 96
Figura 6.7 − Ambiente de trabalho do software Digipro... 97
Figura 6.8 − Exemplo dos gráficos de checagem (checksum) dos dados coletados ... 99
Figura 6.9 − Exemplos de gráficos de deslocamentos acumulados fornecidos pelo software Digipro... 101
Figura 6.10 – Exemplos de gráficos de deslocamentos incrementados fornecidos pelo software Digipro... 102
Figura 6.11 – Exemplos de gráficos de tempos de deslocamentos fornecidos pelo software Digipro... 103
Figura 6.12 – Tubos de inclinômetro instalados nas adjacências da Santa Casa de Misericórdia ... 107
Figura 6.13 − Deslocamentos acumulados (1979 a 2010): Inclinômetro I2 – Santa Casa ... 108
Figura 6.14 – Deslocamentos acumulados (2000 a 2010): Inclinômetro I2 – Santa Casa ... 108
Figura 6.15 – Gráficos dos deslocamentos acumulados: Inclinômetro I6 – Santa Casa ... 109
Figura 6.16 – Deslocamentos x tempo para a vertical de inclinômetro I6 – Santa Casa ... 110
Figura 6.17 – Deslocamentos acumulados (1979 a 2011) - Inclinômetro I1 / São Francisco de Assis ... 110
Figura 6.18 – Deslocamentos acumulados (2000 a 2011) - Inclinômetro I1 / São Francisco de Assis ... 111
Figura 6.20 − Deslocamentos acumulados - Inclinômetro I1 / Igreja Nossa Senhora das Mercês de Cima ... 113 Figura 6.21 – Furo instalado no cemitério da Igreja de Nossa Senhora das Mercês de cima ... 114 Figura 6.22 – Instabilizações e danos estruturais / Cemitério da Igreja das Mercês de Cima ... 114 Figura 6.23 – Deslocamentos acumulados para a vertical de Inclinômetro I1 – Ponte Seca ... 110 Figura 6.24 – Soterramento dos inclinômetros instalados na região Ponte Seca... 110 Figura 6.25 – Localização dos tubos de inclinômetro na encosta adjacente a Igreja São José ... 116 Figura 6.26 – Deslocamentos acumulados –Inclinômetro I1 / Rua Getúlio Vargas ... 117 Figura 6.27 – Gráficos dos deslocamentos acumulados – Inclinômetro I2 do Museu da Inconfidência...118 Figura 6.28 – Gráficos de deslocamentos x tempos – Inclinômetro I2 do Museu da Inconfidência... 118 Figura 6.29 – Tráfego de caminhões na rua Costa Sena próximo ao Museu da Inconfidência...119
CAPÍTULO 7
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ista de Tabelas
CAPÍTULO 2
Tabela 2.1 − Classificação de Perigos- Hazard (ONU, 2004) ... 8 Tabela 2.2 − Termos básicos utilizados em análises de riscos naturais (ONU, 2004) .... 9 Tabela 2.3 − Conceitos de Termos referente às Análises de Risco (Zuquette, 1993) ... 10 Tabela 2.4 − Principais processos geológicos causadores de acidentes no Brasil (Tominaga, 2007) ... 12 Tabela 2.5 − Classificação de encostas de acordo com as características de estabilidade (baseado em Cooke e Doorkamp, 1190)... 15 Tabela 2.6 − Caracterização dos graus de risco utilizados (adaptados de FUNDUNESP, 2003; Macedo et al., 2004; Canil et al., 2004 e Cerri et al., 2004) ... 29
CAPÍTULO 3
Tabela 3.1 − Coluna estratigráfica simplificada da área urbana de Ouro Preto/MG ... 37 Tabela 3.2 − Classes de Declive e Formas de relevo para a área urbana de Ouro Preto/MG ... 43 Tabela 3.3 − Graus de alteração de maciços rochosos (ISRM, 1983) ... 47 Tabela 3.4 − Registros de movimentos de massa na área urbana de ouro Preto: 1988 a 2009 (Defesa Civil de Ouro Preto, 2010) ... 53
CAPÍTULO 4
Tabela 4.1 − Planos de informação do banco de dados criados para a cidade de Ouro Preto... 68
CAPÍTULO 5
Tabela 5.1 − Fatores do terreno e índices de ponderação ... 85 Tabela 5.2 − Fatores de ponderação dos atributos do meio físico local ... 85 Tabela 5.3 − Caracterização dos fatores do terreno por classes de suscetibilidade ... 86 Tabela 5.4 − Correlação entre ocorrências e probabilidade de ocorrências
Tabela 5.5 − Valores dos parâmetros (Ipi) em função dos modos de usos e ocupação do solo ... 88 Tabela 5.6 − Valores dos parâmetros (Ipi) em função dos tipos de cobertura vegetal ... 88 Tabela 5.7 − Classificação dos Índices de Perigo ... 89 Tabela 5.8 − Distribuição das ocorrências por bairro da cidade de Ouro Preto ... 90
CAPÍTULO 6
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ista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações
AHP − Analytical Hierarchy Process (Processo Analítico Hierárquico) CEFET – Centro Federal de Educação Tecnológica
DMM – DataMate Manager – software da Slope Indicator Company DP – Dano Potencial
ENE – És-nordeste FS − Fator de Segurança
GPS – Global Positioning System HP – Probabilidade de Perigo Ipe – Índice de perigo
IPHAN – Instituto do Patrimônio Histórico e Artístico Nacional Ipi – Índice Potencial de indução
ISRM – International Society for Rock Mechanics (Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas)
Ist – Índice de suscetibilidade do terreno MCT – Ministério da Ciência e Tecnologia MDE – Modelo Difital de elevação
MGM – Movimentos gravitacionais de massa MNT – Modelo numérico de terreno
NA − Nível de água subterrânea NW – Noroeste
ONU – Organização das Nações Unidas Pch – Probabilidade de ocorrências de chuva PMOP – Prefeitura Municipal de Ouro Preto PPDC – Plano preventivo de Defesa Civil
PUCE – Padrão – Unidade – Componente - Avaliação SE – Sudeste
SIG − Sistema de Informações Geográficas SW– Sudoeste
UBC – Unidades Básicas de Compartimentação UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto
UNESCO – United Nations Educational, Scientific, and Cultural Organization (Organização das Nações Unidas para a Educação, Ciência e Cultura)
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ista de Anexos
Anexo I − Relação dos dados cadastrados com as informações de cada ocorrência considerada nas análises.
Í
NDICE
C
CAAPPÍÍTTUULLOO11−−IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO
1.1.OBJETIVOS ... 2
1.2.ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ... 3
C CAAPPÍÍTTUULLOO22––CCOONNCCEEIITTOOSSEEMMEETTOODDOOLLOOGGIIAASSDDEEAANNÁÁLLIISSEESSDDEERRIISSCCOOSS E EMMEESSCCOORRRREEGGAAMMEENNTTOOSS 2.1.BASES CONCEITUAIS E TERMINOLOGIA DE RISCOS NATURAIS ... 5
2.2.METODOLOGIAS DE ANÁLISES DE RISCO A ESCORREGAMENTOS ... 13
2.2.1.Escorregamentos ... 13
2.2.2.Mapas de Suscetibilidade a Escorregamentos ... 14
2.2.3.Mapas de Perigo a Escorregamentos ... 19
2.2.4.Mapas de Risco a Escorregamentos ... 24
C CAAPPÍÍTTUULLOO33–– CCOONNDDIICCIIOONNAANNTTEESSGGEEOOTTÉÉCCNNIICCOOSSDDAAÁÁRREEAAUURRBBAANNAA D DAACCIIDDAADDEEDDEEOOUURROOPPRREETTOO//MMGG 3.1.HISTÓRICO DO DESENVOLVIMENTO URBANO DE OURO PRETO ... 31
3.2.CONTEXTO GEOAMBIENTAL DA CIDADE ... 35
3.2.1.Contexto Fisiográfico ... 35
3.2.2.Arcabouço Geológico Local... 36
3.2.3.Aspectos Geomorfológicos ... 41
3.2.4.Aspectos Climáticos e Hidrogeológicos ... 45
3.2.5.Condicionantes Geotécnicos ... 46
C
CAAPPÍÍTTUULLOO44––MMEETTOODDOOLLOOGGIIAADDOOTTRRAABBAALLHHOO
4.1.FASES DA METODOLOGIA PROPOSTA ... 55
4.2.INVENTÁRIO E ANÁLISE DOS DADOS EXISTENTES ... 57
4.3.TRABALHOS DE CAMPO ... 58
4.4.TRATAMENTO DOS DADOS E TÉCNICAS DE MAPEAMENTO ... 65
4.5.ORGANIZAÇÃO DO BANCO DE DADOS... 67
4.5.1.Tratamento do Mapa Topográfico ... 68
4.5.2.Mapa de Declividades ... 69
4.5.3.Mapa Geomorfológico ... 69
4.5.4.Mapa de Uso e Ocupação do Solo ... 70
4.6.ATRIBUTOS E PARÂMETROS DE ANÁLISE ... 72
4.6.1.Forma das Encostas ... 72
4.6.2.Declividade Média ... 72
4.6.3.Materiais (Litologias) de Cobertura... 73
4.7.MAPA DE SUSCETIBILIDADE A ESCORREGAMENTOS ... 74
4.8.CONCEPÇÃO DO SISTEMA DE INFORMAÇÕES ... 75
4.9.ANÁLISE E DIAGNÓSTICO DO MEIO FÍSICO ... 76
C CAAPPÍÍTTUULLOO55––RREESSUULLTTAADDOOSSEEDDIISSCCUUSSSSÕÕEESS 5.1.MAPAS BÁSICOS... 78
5.1.1.MAPA TOPOGRÁFICO ... 78
5.2.MAPAS DE COMPARTIMENTAÇÃO DO TERRENO ... 79
5.2.1.Modelo Digital de Elevação (MDE) ... 79
5.2.2.Mapa de Declividades ... 79
5.2.3.Mapa de Inventário de Escorregamentos ... 81
5.4.MAPA DE SUSCETIBILIDADE A ESCORREGAMENTOS ... 84
5.5.MAPA DE PERIGO A ESCORREGAMENTOS... 87
5.6.MAPA DE RISCO A ESCORREGAMENTOS ... 89
C CAAPPÍÍTTUULLOO 66 –– IINNSSTTRRUUMMEENNTTAAÇÇÃÃOO EE MMOONNIITTOORRAAMMEENNTTOO DDAASS E ENNCCOOSSTTAASS 6.1.INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA DE ENCOSTAS ... 91
6.2.PRINCÍPIOS GERAIS DA INSTRUMENTAÇÃO UTILIZADA ... 93
6.3.AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DOS DADOS ... 96
6.4.APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS ... 98
6.4.1.Análise Estatística de Validação de Dados ... 98
6.4.2.Média das Somas das Leituras ... 99
6.4.3.Desvio Padrão ... 100
6.4.4.Deslocamentos Acumulados ... 101
6.4.5.Deslocamento Incremental ... 102
6.4.6.Tempos de Deslocamento ... 103
6.5.ANÁLISES DOS RESULTADOS DO MONITORAMENTO ... 104
6.5.1.Santa Casa de Misericórdia (Prédio Antigo) ... 108
6.5.2.Igreja de São Francisco de Assis ... 111
6.5.3.Igreja de São José ... 113
6.5.4.Igreja de Nossa Senhora das Mercês de Cima ... 114
6.5.5.Ponte Seca ... 116
6.5.6.Avenida Getúlio Vargas ... 117
6.5.7.Museu da Inconfidência ... 118
C
CAAPPÍÍTTUULLOO77––CCOONNCCLLUUSSÕÕEESSEERREECCOOMMEENNDDAAÇÇÕÕEESSFFIINNAAIISS
7.1.CONCLUSÕES ... 121
7.2.RECOMENDAÇÕES FINAIS ... 124
7.3.SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 126
C
APÍTULO
1
1. INTRODUÇÃO
O termo “área de risco” vem, aos poucos, sendo incorporado ao vocabulário comum da população brasileira, face aos noticiários sobre acidentes associados a escorregamentos e inundações, muito frequentes nas ocupações das encostas serranas e nos centros urbanos, durante os períodos chuvosos, principalmente na Região Sudeste do Brasil.
As cidades brasileiras cresceram e ainda crescem sem planejamento e gestão territorial adequados, com a população resolvendo por si só seus problemas mais imediatos de moradia e acesso aos serviços básicos (luz, água, disposição de lixo e esgotamento sanitário). A consequência mais imediata desta expansão desordenada são os problemas relacionados à utilização do meio físico, principalmente em termos da estabilidade de encostas, inundações em áreas urbanas e desperdício de recursos naturais (Souza, 2004).
As consequências provocadas pela ocupação desordenada no Brasil têm demonstrado a necessidade urgente de se adotar políticas públicas integradas para o ordenamento urbano. A Lei Federal de Nº 10.257, aprovada em 2001 (BRASIL. Diário Oficial [da República Federativa do Brasil], Brasília, DF, 2001), estabelece diretrizes e tem a finalidade de organizar a expansão urbana por meio de uma política de desenvolvimento urbano, objetivando, desta forma, o ordenamento e o desenvolvimento das funções sociais da cidade e garantindo o bem-estar de seus habitantes.
Torna-se, portanto, necessário promover sistemáticas capazes de minimizar e/ou resolver os problemas já instalados, bem como ordenar futuras expansões, por meio da realização de estudos que caracterizem o meio físico natural, de forma a subsidiar o planejamento e o gerenciamento do uso do solo. O mapa de risco é um importante instrumento para o planejamento municipal, na medida em que permite a hierarquização dos problemas e a avaliação de custos de investimentos e dão suporte técnico às negociações com a comunidade.
Neste contexto, o presente trabalho abordou uma sistemática de caracterização dos problemas e dos riscos geotécnicos passíveis de ocorrência na área urbana da cidade histórica de Ouro Preto/MG, contemplando estudos de investigação geotécnica dos solos, mapeamento geológico-geotécnico das encostas e adoção de procedimentos para controle e monitoramento das áreas mais críticas.
Neste estudo, foram aplicadas técnicas de geoprocessamento utilizando-se os programas
ArcMap 9.3 do pacote ArcGis (ESRI) e AutoCAD Civil 3D 2011 para a produção das
bases cartográficas e o material inventariado foi trabalhado e os dados sistematizados com base na utilização dos programas Microsoft Excel e Access, ambos do pacote
Microsoft Office 2007.
O cruzamento de informações e mapas possibilitou a elaboração de cartas temáticas derivadas, que constituíram a base para a análise final do meio físico e a proposição de medidas mais adequadas em relação ao uso e ocupação territorial a partir do planejamento municipal, tendo como premissa a carta de risco elaborada.
1.1. OBJETIVOS
Desta forma, pretende-se demonstrar que, a partir do método de avaliação de terrenos em bases geomorfológicas (landforms), associadas às características dos fatores condicionantes dos escorregamentos e correlacionando-os com a distribuição temporal das ocorrências, torna-se possível estabelecer a probabilidade de ocorrência do perigo e representá-la espacialmente, a fim de gerar as cartas de perigo e de risco.
O trabalho técnico de cunho científico é instrumento competente para funcionar como orientações gerais para o legislador. O principal objetivo deste trabalho está em avaliar os métodos empregados em análises de risco a escorregamentos e aplicar uma proposta metodológica de avaliação de risco a escorregamentos, de forma a contribuir para a prevenção e mitigação dos riscos e para a gestão ambiental da região urbana da cidade de Ouro Preto/MG, através da elaboração da carta de risco de erosão e escorregamentos. Complementarmente, o trabalho subsidia os gestores municipais avaliar e considerar os riscos dessa ocupação no âmbito do planejamento urbano.
Por meio da identificação dos processos de movimentos de massa, a precisão dos resultados é função direta do perfeito entendimento dos mecanismos de instabilizações associados. O mapeamento das áreas mais susceptíveis a movimentos de massa fornecem uma boa fonte para subsidiar medidas preventivas, corretivas e mitigadoras dos problemas detectados.
1.2. ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
O trabalho foi desenvolvido em sete capítulos e dois anexos, que descrevem todos os procedimentos e dados adotados na pesquisa. Os conteúdos dos capítulos e dos anexos estão resumidamente descritos abaixo.
No Capítulo 1 são apresentadas as considerações iniciais da pesquisa e uma introdução geral do assunto, contendo os objetivos a serem atingidos e a estruturação da dissertação.
O Capítulo 3 discorre sobre os diversos estudos já existentes nas encostas da cidade de Ouro Preto-MG, buscando caracterizar o meio físico e contextualizá-lo geológica e geotecnicamente. Neste capítulo, buscou-se ainda efetuar uma análise temporal do histórico de ocorrências relacionando os movimentos de massa registrados pelos órgãos públicos no domínio do espaço urbano da cidade de Ouro Preto/MG.
O Capítulo 4 apresenta a metodologia proposta de trabalho, ajustada e adaptada das diversas metodologias abordadas previamente no contexto do Capítulo 2, inserida nas realidades complexas e bastante diferenciadas do domínio físico da área urbana da cidade.
O Capítulo 5 apresenta os resultados da aplicação da sistemática proposta, centrado numa proposição de zoneamento de riscos da área urbana de Ouro Preto/MG.
O Capítulo 6 discute sobre os princípios e as premissas de proposição de um programa de instrumentação, capaz de permitir monitoramento e gestão de áreas de risco, de forma a fornecer subsídios para procedimentos de priorização de recursos em termos de prevenção e enfrentamento dos impactos associados a possíveis acidentes geotécnicos na área urbana da cidade de Ouro Preto.
O capítulo 7 descreve as conclusões obtidas a partir dos resultados encontrados, as sugestões para pesquisas futuras e algumas recomendações complementares, visando subsidiar a prevenção de acidentes relacionados aos movimentos de massa para o município.
O Anexo I apresenta a relação dos dados cadastrados com as informações de cada ocorrência considerada nas análises e utilizadas para a correlação entre as cartas desenvolvidas.
C
APÍTULO
2
2. CONCEITOS E METODOLOGIAS DE ANÁLISES DE RISCOS EM
ESCORREGAMENTOS
Conceitualmente, estudos sobre análises de riscos naturais têm sido amplamente discutidos por diversos autores, podendo ser citados: Varnes, 1984; Einstein, 1988, Waterstone, 1989; Augusto Filho et al., 1990a e 1990b; Zuquette, 1993; Carvalho, 1996;; Cerri & Amaral, 1998; Rodrigues, 1998; Ragozin, 1998; Alheiros, 1998; ONU, 2004; Gomes et al., 2006; Tominaga, 2007, etc. Neste capítulo, serão apresentadas as principais terminologias aplicadas a perigos e riscos geoambientais e formulada uma breve análise das análises de riscos associadas a mecanismos de instabilização de encostas por escorregamentos, abordando-os de maneira a padronizar os conceitos que envolvem a natureza destes eventos.
2.1. BASES CONCEITUAIS E TERMINOLOGIA DE RISCOS NATURAIS
No início dos anos 60, ocorreram os estudos pioneiros que trataram a avaliação de risco de um evento natural pela identificação dos processos sócio-econômicos envolvidos e dos processos físicos (perigos geomórficos) e seus parâmetros de análise: magnitude, frequência, duração, extensão em área, velocidade de assentamento, disposição espacial e intervalo de tempo de recorrência (Gares et al., 1994).
Apesar do número expressivo de trabalhos produzidos desde então, nota-se que os métodos de estudo e a interpretação de conceitos sobre riscos naturais ainda apresentam controvérsias. Um exemplo disso é a frequente utilização do termo risco para indicar
suscetibilidade natural ou induzida. O termo perigo é outro que gera confusão por ter
determinado local e num período de tempo especificado (Varnes, 1984; Einsten, 1988). Outro exemplo: o termo Geological Hazard tem sido muitas vezes impropriamente traduzido para a língua portuguesa como Risco Geológico (Rodrigues Carvalho, 1998).
No contexto dos estudos realizados envolvendo perigos e riscos associados a movimentos de massa em taludes, as bases conceituais foram firmadas pelo estudo de Varnes (1984), abordando os seguintes conceitos:
Perigo Natural – H (Natural Hazard): corresponde à probabilidade de um fenômeno natural potencialmente danoso ocorrer dentro de um determinado intervalo de tempo e numa dada área;
Vulnerabilidade - V (Vulnerability): refere-se ao grau de perda de um determinado elemento ou um conjunto de elementos em risco, resultante da ocorrência de um fenômeno natural de uma dada magnitude. É expressa numa escala variável de 0 a 1, correspondentes a ‘nenhum dano’ e ‘perda total’, respectivamente;
Risco Específico – Rs (Specific risk): corresponde ao grau esperado de perdadevido a um fenômeno natural particular, podendo ser expresso em termos do produto entre Perigo (Hazard) e Vulnerabilidade (H x V);
Elementos em Risco – E (elements at risk): são aqueles relativos à população, propriedades e atividades econômicas, incluindo serviços públicos, em risco em uma dada área;
Risco total – Rt (total risk): refere-se ao número esperado de perdas devidas, de pessoas afetadas, danos a propriedades, ou interrupção de atividades econômicas devido a um fenômeno natural específico. Pode ser expresso pela seguinte expressão:
Rt (E)(Rs) (2.1)
Como Rs HV, então, o risco total pode ser expresso por:
) ( )
(E H V
Por outro lado, Einstein (1988), apresenta que os termos ‘danger’, ‘hazard’ e ‘risk’ devem ser utilizados para caracterizar fenômeno, imprevisibilidade e consequências, respectivamente, adotando os seguintes conceitos:
Perigo (Danger) – fenômeno natural que, neste caso, corresponde ao escorregamento (movimento de massa);
Perigo (Hazard) – probabilidade de um fenômeno (danger) ocorrer dentro de um dado período de tempo;
Risco (Risk) – Perigo (hazard) x dano potencial (perdas).A avaliação de risco contempla o uso de informações para determinar a probabilidade de que certos eventos ocorram e a magnitude de suas possíveis consequências. Como norteador desta avaliação podemos admitir as seguintes etapas:
a) Identificação da natureza, localização, intensidade e probabilidade de uma ameaça ou perigo;
b) Determinação do grau de vulnerabilidade e de exposição aos perigos, identificando-se concomitantemente a capacidade de tratamento destes perigos; c) Determinação do nível de risco aceitável.
Assim, dois elementos são essenciais na formulação do risco: o perigo (hazard) de se ter um evento, fenômeno ou atividade humana potencialmente danosa e a vulnerabilidade, ou seja, o grau de suscetibilidade do elemento exposto ao perigo. Com base nestas premissas, o risco pode ser expresso pela relação Perigo x Vulnerabilidade. Por exigir a determinação da probabilidade de ocorrência de um evento perigoso (tanto espacial como temporal), bem como a vulnerabilidade dos elementos expostos e o valor desses elementos, Einstein (1988) considera muito difícil a aplicação direta dos conceitos de Varnes na elaboração de cartas de risco.
Ainda segundo a ONU (2004), o entendimento dos perigos naturais envolve a consideração de quase todos os fenômenos físicos da Terra, contemplando uma ampla gama de perigos, tais como, os geofísicos, meteorológicos, hidrológicos, ambientais, tecnológicos, biológicos e até mesmo sócio-políticos, individualmente ou em complexas interações. Os perigos naturais por sua vez, são divididos em três grandes categorias: geológicos, hidrometeorológicos e biológicos (Tabela 2.1).
Tabela 2.1 – Classificação de Perigos – Hazard (ONU, 2004)
PERIGO (HAZARD)
Um evento, fenômeno ou atividade humana potencialmente danosa, o qual pode causar perda de vidas ou ferimentos a pessoa, danos a propriedades, rupturas sócio econômicas ou degradação ambiental.
PERIGOS NATURAIS (NATURAL HAZARDS)
Processos ou fenômenos naturais que ocorrem na biosfera e que podem constituir-se em um evento danoso. Os perigos naturais podem ser classificados quanto à origem em: geológico, hidrometeorológico
e biológico.
ORIGEM EXEMPLOS DE FENÔMENOS
Perigos geológicos (geological hazards) Processos ou fenômenos naturais que podem ser de origem endógena ou exógena.
Terremotos, tsunamis;
Atividade e emissões vulcânicas;
Movimentos de massa, escorregamentos, queda
de blocos rochosos, liquefação;
Colapso superficial, atividade de falha geológica.
Perigos hidrometeorológicos
(hydrometeorological hazards) Processos ou fenômenos naturais de natureza atmosférica, hidrológica ou oceanográfica.
Inundações/enchentes, corridas de lama/detritos;
Ciclones tropicais, tempestades marinhas,
ventanias, chuvas de tempestades, nevasca, relâmpagos;
Secas, desertificação, fogo, temperaturas
extremas, tempestade de areias;
Permafrost, avalanches de neve.
Perigo biológico (biological hazard) Processo de origem biológica ou aqueles transmitidos por vetores biológicos, incluindo exposição aos micro-organismos patogênicos, tóxicos e substâncias bioativas.
Eclosão de doenças epidêmicas, contágios de
plantas ou de animais e de infestações extensivas.
PERIGO TECNOLÓGICO (TECHNOLOGICAL HAZARDS)
Perigo associado com acidentes tecnológicos ou industriais, rompimento de infraestrutura ou atividades humanas que podem causar perda de vidas ou ferimentos a pessoa, danos a propriedades, rupturas sócio econômicas ou degradação ambiental. Exemplos: poluição industrial, radioatividade, resíduo tóxico,
queda de barragens, acidentes industriais, etc.
Tabela 2.2 – Termos básicos utilizados em análises de riscos naturais (ONU, 2004).
TERMO DEFINIÇÃO
Perigo (Hazard)
Evento físico, fenômeno ou atividade humana potencialmente danosa que pode causar a perda de vidas ou ferimentos, danos a propriedades, rupturas sociais e econômicas ou degradação ambiental.
Perigos naturais (natural hazard)
Processos ou fenômenos naturais que ocorrem na biosfera e que podem contirtuir-se em um evento danoso. Os perigos naturais podem ser classificados quanto a origem em: geológico, hidrometereológico e biológico.
Degradação ambiental (environmental degradation)
Processos induzidos pela atividade humana que causam danos aos recursos naturais ou que alteram adversamente os processos naturais ou os ecossistemas. Seus efeitos podem contribuir para o aumento de vulnerabilidade e a frequencia e intensidade dos perigos naturais. Exemplos: degradação do solo, desmatamento, desertificação, poluição do solo, do ar e da água, perda da biodiversidade, etc.
Desastre (disaster)
Trata-se de uma séria ruptura do funcionamento de uma
comunidade ou sociedade causando perdas humanas, materiais, econômicos ou ambientais de grande extensão de tal forma que excede a capacidade de comunidade ou sociedade enfrentar com seus próprios recursos.
Resiliência (resilience/resilisnt)
A capacidade de um sistema, comunidade ou sociedade,
potencialmente exposto ao perigo, adaptar-se, pela resistência ou mudança para conseguir e manter um nível aceitável de estrutura e funcionamento. Isto é determinado pelo grau com que um sistema social é capaz de se organizar aumentando sua capacidade pelo aprendizado com desastres anteriores para melhorar a proteção futura e aperfeiçoar medidas de redução de risco.
Risco (risk)
Probabilidade de consequencias prejudiciais ou danos esperados (morte,ferimentos,danos a propriedades, interrupção de atividade economica ou danos ambientais) resultantes da interação entre perigos naturais ou induzidos pelo homem e as condições de vulnerabilidade.
Avaliação/análise de risco(risk assessment/analysis)
Uma metodologia para determinar a natureza e extensão do risco pela análise do perigo potencial e avalição das condições de vulnerabilidade que poderiam apresentar uma ameaça potencial de danos a população, a propriedade, a economia e ao ambiente.
Gerenciamento do risco de desastres (disaster risk management)
O processo sistemático de utilização de decisões administrativas, organização, habilidade operacional e capacidade para
implementar políticas, estratégias e capacidade de enfrentamento da sociedade e comunidades para diminuir os impactos de perigos naturais e dos desastres ambientais e tecnológicos. isto
compreende todas formas de atividade, incluindo medidas estruturais e não estruturais para evitar (prevenção) ou para limitar (mitigar e enfrenatr) os efeitos adversos do perigo.
Redução do risco de desastre (disaster risk reduction)
Estrutura conceitual dos elementos considerados com a possibilidade de reduzir vulnerabilidade e riscos de desastres de uma sociedade, para evitar (prevenção) ou para limitar (mitigar ou enfrentar) os impactos adversos do perigo, dentro de um amplo contexto de desenvolvimento sustentável.
Vulnerabilidade (vulnerability)
Os primeiros trabalhos de avaliação de risco geológico no Brasil são do final da década de 80 (Prandini et al., 1987; Sobreira, 1989). Nos anos 90, o tema ganha maior destaque nos trabalhos técnicos publicados nos anais dos principais eventos científicos relativos à Geotecnia e Geologia de Engenharia, realizadas à época no Brasil.
Desde então, diversos autores nacionais têm feito propostas de homogeneização das bases conceituais para estudos de riscos naturais. Por exemplo, Augusto Filho et al. (1990) propuseram a distinção entre ‘natural events’ e ‘hazard/disasters’. A diferença entre ambos estaria relacionada à ocorrência ou não de danos sócio-econômicos. O termo ‘hazard’ refere-se a uma condição potencial, enquanto o termo ‘disaster’ refere-se ao acontecimento propriamente dito. Zuquette (1993) discute uma série de conceitos e definições dos termos empregados em trabalhos de análise de riscos (Tabela 2.3).
Tabela 2.3 – Conceitos de Termos Referente às Análises de Riscos (Zuquette, 1993)
TERMOS CONCEITOS
Evento Fenômeno com características, dimensões e localização geográfica registrada no tempo.
Evento Perigoso (Hazard)
Representa um perigo (latente) que se associa a um fenômeno de origem natural, que se manifesta em um lugar específico, em tempo determinado, produzindo efeitos adversos nas pessoas, nos bens e/ou no meio ambiente.
Processo Perigoso
Conjunto de fenômenos que antecedem o evento perigoso puro
hazard, e que é tomado erroneamente como sinônimo deste.
Vulnerabilidade
Característica intrínseca de um sistema ou elemento que estão expostos a um evento perigoso (hazard), correspondendo à
pré-disposição destes em serem afetados ou susceptíveis a perdas. É expressa em uma escala que varia de 0 (sem perdas) a 1 (perdas totais).
Risco
É a probabilidade de que ocorram perdas (econômicas, sociais e ambientais), além de um valor limite (admitido normal ou aceitável), para um lugar específico, durante um período de tempo determinado. Expressa o resultado da relação entre um hazard e a
Cerri & Amaral (1998) consideram que um fenômeno geológico pode tornar-se um acidente ao gerar consequências sociais e econômicas (perdas e danos). Desta forma, a suscetibilidade de uma área a um determinado fenômeno geológico corresponde à possibilidade de sua ocorrência como um evento sem danos, enquanto risco está relacionado à possibilidade de que a ocorrência do fenômeno tenha consequências sócio-econômicas. Em seus estudos, estes autores apresentam uma classificação de risco, em que consideram uma subdivisão em classes e subclasses a partir dos riscos ambientais (Figura 2.1).
Figura 2.1 – Classificação de riscos ambientais (Cerri, 1993; Cerri e Amaral, 1998).
Estes autores destacaram ainda os principais processos geológicos causadores de acidentes no Brasil (Tabela 2.4), associando processos de instabilização à natureza das encostas e às ações antrópicas no domínio local.
RISCOS AMBIENTAIS
RISCOS TECNOLÓGICOS
Vazamentos de produtos tóxicos, inflamáveis, radioativos, colisão de veículos, queda de aviões, etc.
RISCOS NATURAIS RISCOS SOCIAIS
Assaltos, guerras, conflitos, atentados, etc
RISCOS FISICOS RISCOS BIOLÓGICOS
RISCOS GEOLÓGICOS RISCOS ATMOSFÉRICOS
Furacões, secas, tempestades, granizo, etc.
RISCOS HIDROLÓGICOS
Enchentes e Inundações.
EXÓGENOS
Escorregamentos, erosão/assoreamento, subsidências,
colapsos de solos, solos expansivos, etc. ENDÓGENOS
Terremotos, tsunamis e atividades vulcânicas
RISCOS ASSOCIADOS À FLORA
Tabela 2.4 – Principais processos geológicos causadores de acidentes no Brasil (Tominaga, 2007).
PROCESSO
GEOLÓGICO EXEMPLOS DE NATURAIS CONDICIONANTES AÇÕES ANTRÓPICAS INDUTORAS DANOS POTENCIAIS
Escorregamentos Encostas com inclinação elevada; depósitos de tálus e colúvios; Concentração do escoamento d’água de superfície e de
subsuperfície; pluviometria média anual elevada.
Eliminação da cobertura vegetal; cortes instabilizadores;
lançamento de lixo; aterro construído sem controle; lançamento de água não controlado; construção de reservatórios (instablização das margens).
Queda, ruptura e soterramentos bruscos de construções, moradias, estradas, etc.; soterramento e morte de pessoas.
Erosão hídrica
(Assoreamento) Solos arenosos e siltosos pouco coesivos inclinações acentuadas dos terrenos; concentração
doescoamento d’água de superfície e
subsuperfície(piping); chuvas intensas e mal distribuídas no espaço e tempo
Eliminação da cobertura vegetal; lançamento concentrado e não dissipado de águas servidas e de chuvas; cortes e aterros não protegidos; construção de vias, caminhos e trilhas que concentram o escoamento; construção de reservatórios (impactos nas margens e a jusante)
Queda de moradias; destruição de ruas e equipamentos urbanos; perda de solo agricultável; soterramento de estradas e de plantações de várzeas; impactos diversos nos recursos hídricos (poluição, perda de volume
armazenado etc.), Subsidência por
adensamento Planícies ou baixadas com presença de solos moles, continentais ou marinhos
Obras com fundações inadequadas; escavações sem contenção apropriada;
rebaixamento não controlado do lençol freático, super exploração de água subterrânea.
Inutilização de construções devido a recalques excessivos ou mesmo rupturas; rompimento de galerias, encanamentos e tubos subterrâneos; vazamentos Colapso de solos Presença de solos que
apresentam recalques importantes quando saturados e submetidos a sobrecargas
Obras que provocam a saturação dos solos de fundação;
rompimento de dutos
Idem acima.
Subsidência e colapso devido a cavidades subterrâneas
Feições cársticas, principalmente, cavernas; minerações subterrâneas
Alterações das condições de fluxo de água subterrânea; super exploração de água subterrânea; escavações subterrâneas instáveis
Idem acima, porém de maior intensidade e velocidade de manifestação.
Expansão de terrenos Presença de rochas e solos que apresentam aumento de volume ao serem
desconfinados e sob a ação da umidade; presença de argilominerais expansíveis.
Cortes que eliminam camadas superficiais protetoras ou desconfinam o material; cortes que permitem a ação das intempéries.
Instabilizações de taludes, de fundações e de cavidades subterrâneas; ruptura de pavimentos.
No contexto exposto e tomando-se como referências os trabalhos de Varnes (1984), Einstein (1988) e Anbalagan & Singh (1996), e as discussões de Rodrigues-Carvalho (1998), Tominaga et al. (2001), Augusto Filho (2001) e Tominaga et al. (2004), entre outros, propõe-se a adoção dos seguintes conceitos no escopo dessa pesquisa:
Perigo possibilidade de um processo ou fenômeno natural potencialmente danoso ocorrer num determinado local e num período de tempo especificado.
Risco possibilidade de se ter consequências prejudiciais ou danosas em função de perigos naturais ou induzidos pelo homem. Assim, considera-se o Risco (R) como uma função do Perigo (P), da Vulnerabilidade (V) e do Dano Potencial (DP), expresso por:R = P x V x DP (2.3)
2.2. METODOLOGIAS DE ANÁLISES DE RISCO A ESCORREGAMENTOS
Dentre os processos de movimentos de massa, os mais frequentes na região em estudo são os escorregamentos. Assim, a exposição a seguir dá ênfase à conceituação destes processos, uma vez que já se têm disponíveis diversos trabalhos que apresentam revisões sobre os movimentos de massa em geral, tais como Guidicini & Nieble, (1984); Augusto Filho (1992); Fernandes & Amaral (1996); Araújo, (2004) e Lopes, (2006), entre outros.
2.2.1. Escorregamentos
De acordo com a definição de Guidicini & Nieble (1984), escorregamentos são movimentos rápidos, de duração relativamente curta, de massas de terreno geralmente bem definidas quanto ao seu volume, cujo centro de gravidade se desloca para baixo e para fora do talude.
Os escorregamentos são classificados com base na forma do plano de ruptura e no tipo de material movimentado. Quanto à forma do plano de ruptura, dividem-se em rotacionais e translacionais. O material mobilizado pode ser constituído por solo, rocha ou por misturas de solo e rocha em proporções variadas (Fernandes & Amaral, 1996).
As causas básicas da instabilidade de encostas, incluindo os escorregamentos, são bem conhecidas há muito tempo a partir de estudos de caso específicos. Alguns são inerentes aos tipos de rocha ou solo, quanto à sua composição e estrutura; outros, como a inclinação de vertentes naturais, são relativamente constantes ou variam com os níveis de água subterrânea (NA); alguns podem ser transientes (vibrações sísmicas) e outros, impostos por novos eventos, tais como atividades construtivas. A maioria destas condições pode ser reconhecida e seus efeitos podem ser avaliados, determinados ou ainda podem ser mapeados e correlacionados entre eles ou com eventos anteriores. De qualquer forma, a ação antrópica exerce importante influência favorecendo a ocorrência de processos ou minimizando seus efeitos.
Considerando-se a grande diversidade de abordagens e procedimentos metodológicos de mapeamentos de risco a escorregamentos, são discutidas neste contexto algumas propostas que têm sido adotadas como principais referências, com ênfase especial às metodologias de obtenção dos mapas de perigo e de suscetibilidade, uma vez que consistem em etapas fundamentais do processo de avaliação de risco.
2.2.2. Mapas de Suscetibilidade a Escorregamentos
O mapa de suscetibilidade a escorregamentos desenvolvido por Brabb et al. (1972) foi conceitualmente expandido por diversos autores. Neste estudo, os autores adotaram uma metodologia quantitativa, com base em análises estatísticas, para avaliar a influência dos fatores considerados como condicionantes de escorregamentos na estabilidade de vertentes, utilizando as seguintes técnicas de mapeamento e de análises quantitativas:
Medidas da área de afloramento de cada tipo litológico;
Medidas das áreas de escorregamentos por litologia, pela superposição de um mapa de inventário de escorregamento sobre o mapa geológico;
Ordenamento dos tipos litológicos, segundo a porcentagem deescorregamentos, do maior para a menor porcentagem, os quais foram avaliados quanto ao grau de suscetibilidade a escorregamentos;
Definição de classes de perigo com base na suscetibilidade dos tipos litológicos e das classes de declividade das vertentes avaliadas, a partir da associação com os escorregamentos.A avaliação da suscetibilidade é o resultado da combinação de informações do meio físico (tipo de solo, declividade, clima) e do mapa de inventário de escorregamentos existente. Os atributos prescritos neste mapa são analisados em termos qualitativos denotando em baixa, média ou alta suscetibilidade. Alguns autores, como Einstein (1988), Cooke & Doorkamp (1990), Fernandes e Amaral (1996), consideram que o mapa de suscetibilidade refere-se também ao mapa de perigo de escorregamento (landslide hazard), uma vez que representam as probabilidades de ocorrência de determinados eventos.
Para Cooke & Doorkamp (1990), mapas de suscetibilidade representam um estágio além do mapa de inventário, ou do mapa geomorfológico, nos quais se definem tendências à instabilidade em adição às encostas que já sofreram escorregamentos. Uma classificação típica é indicada na Tabela 2.5. Este mapa expressa em sua análise o quanto próximo se encontra a encosta do limiar de instabilidade. Na Figura 2.2, apresenta-se um exemplo de mapa de suscetibilidade a movimentos de massa para o estado de São Paulo, elaborado por DAEE/IPT (1985).
Tabela 2.5 - Classificação de encostas de acordo com as características de estabilidade (baseado em Cooke e Doorkamp, 1990).
Classe I Encostas com escorregamentos ativos. Movimentos podem ser contínuos ou sazonais.
Classe II
Encostas frequentemente sujeitos a novos escorregamentos ou a reativação de antigos. Os intervalos de recorrência dos eventos de escorregamentos são de até cinco anos.
Classe III Encostas sujeitos a escorregamentos (novos ou a reativação de antigos) pouco frequentes. Os intervalos de recorrência são maiores que cinco anos.
Classe IV
Encostas com evidência de atividade de
escorregamentos prévios, mas que não sofreram nenhum movimento nos últimos 100 anos.
Classe V
Encostas que não mostram evidências de atividade prévia de escorregamento mas são consideradas como prováveis áreas para desenvolver escorregamentos no futuro. O potencial de escorregamentos é indicado pela análise de esforços ou por analogia com outras vertentes.
Classe VI
Figura 2.2 - Mapa de suscetibilidade a movimentos de massa do Estado de São Paulo
(DAEE/IPT, 1985).
O desenvolvimento de SIG’s e dos modernos métodos de modelamento espacial permitiram um considerável aumento na produção de estudos sobre metodologias de avaliação de perigos e de previsão de área instáveis. Tais estudos podem ser agrupados em três tipos principais: os puramente empíricos; os probabilísticos com bases empíricas e com bases estatísticas; e os analítico-determinísticos (Barredo et al., 2000; Fernandes et al., 2001; Savage et al., 2004, entre outros).
Métodos Empíricos
Esta metodologia consiste em realizar de maneira estimada a distribuição espacial e temporal das diversas variáveis (dados pluviométricos, mapas geológicos, parâmetros geomecânicos) e concluir acerca da instabilidade das encostas.
Uma segunda abordagem baseia-se em correlações estatísticas multivariáveis dos condicionantes (ângulo do talude, curvatura da encosta, substrato litológico, tipo de solo e morfologia da bacia) a instabilização das encostas com o histórico de eventos já registrados e analisados. Isto permite a análise de outras áreas que apresentem fatores com características semelhantes, as quais podem tornar-se futuras áreas de instabilização (Carrara et al., 1995; Guzzetti et al. 1999).
Em um de seus estudos Barredo et al. (2000) aplicaram análises estatísticas multivariáveis, onde a combinação dos fatores que causaram escorregamentos no passado fora determinada estatisticamente, permitindo avaliações quantitativas para áreas ainda não passíveis de escorregamentos. Este método requer uma coleção de grande número de dados para que os resultados sejam confiáveis, sendo mais apropriado para mapas de escala média entre 1:25.000 e 1:50.000, ou seja, em macro análises.
Usando-se de outros artifícios, este método, também denominado de heurístico, baseia-se em análibaseia-se de especialista que decide o tipo e grau de perigo para cada área através de técnicas de integração de dados, incluindo combinação de parâmetros qualitativos. Barredo et al. (2000) utilizaram uma análise denominada analytical hierarchy process (AHP), em que foram atribuídos pesos para diversos parâmetros do terreno com influência no desenvolvimento de escorregamentos. Os layers dos parâmetros foram, então, combinados em SIG para se determinar os “valores” de perigo (Tominaga,2007).
Métodos Probabilísticos
Análises com bases estatísticas conferem menor subjetividade aos mapeamentos, baseados no princípio de que fatores que causaram a instabilidade de um determinado local no passado poderão gerar novas instabilizações no futuro (Carrara et al. 1991, Van Westen, 1993; Carrara et al, 1995; Guzzetti et al., 1999; Tominaga,2007).
Esta metodologia associa registros históricos de eventos geotécnicos às bases empíricas para prever espacial e temporalmente, os futuros escorregamentos. Os resultados das análises com bases empíricas são representados em mapas baseados em SIG (Savage et
al., 2004).
Deve-se destacar que, como os critérios e as regras de combinação nestes métodos baseiam-se em padrões mensuráveis a partir de observações e/ou ensaios de campo, torna-se necessária a disponibilidade de extensos bancos de dados sobre os processos estudados, o que é muito raro no contexto da realidade brasileira (Fernandes et al., 2001).
Métodos Determinísticos
Os métodos analíticos ou determinísticos são abordagens que utilizam modelos matemáticos em bases físicas, ou seja, que descrevem alguns dos processos e leis físicas que controlam a estabilidade de vertentes (Fernandes et al., 2001; Tominaga,2007).
Muitos programas computacionais baseiam-se neste método analítico, dentre os quais se destacam os softwares SINMAP, (Pack et al., 1998); SHALSTAB (Montgomery e Dietrich, 1994); TRIGRS (Savage et al., 2003), entre outros.
Desta forma os métodos atuais de modelagem da estabilidade de encosta com base em SIG são úteis apenas para avaliações preliminares da estabilidade para grandes extensões de áreas. Para áreas específicas ou localizadas, a avaliação de estabilidade da encosta necessita de estudos mais detalhados (Savage et al., 2004).
Fernandes et al. (2001) consideram que as limitações na aplicação destes procedimentos são decorrentes do conhecimento incompleto de muitos dos processos envolvidos, associado às dificuldades de obtenção dos dados exigidos pelos modelos, principalmente quando aplicados a áreas mais extensas.
Outra abordagem determinística utiliza-se de modelos de estabilidade de encostas para determinar o perigo de escorregamento, por meio de cálculo do fator de segurança. Os Modelos determinísticos são apropriados para fornecer as informações quantitativas do perigo de escorregamentos, as quais podem ser usadas diretamente em projetos de engenharia ou na quantificação do risco.
É notório que este método requer uma grande quantidade de dados detalhados, derivados de testes de laboratório e de medidas de campo, os quais podem ser aplicados apenas para estudos em grande escala aplicados a áreas restritas (Van Westen, 2004).
Contudo, o uso de modelos físicos para zoneamento de perigo a escorregamentos com uso de SIG também tem seus problemas. Como pondera Van Westen (2004), os dados utilizados normalmente têm um alto grau de incerteza, os valores que resultam dos cálculos não devem ser considerados como valores absolutos para a ocorrência de escorregamentos e, por conseguinte, não podem servir diretamente para a avaliação quantitativa do risco.
2.2.3. Mapas de Perigo a Escorregamentos
Figura 2.3 – Classificação de métodos de avaliação de perigos a escorregamentos (modificado de Aleotti & Chowdhury, 1999).
Métodos Qualitativos
Os Métodos qualitativos são baseados no julgamento do profissional que está realizando a avaliação. Os dados considerados são usualmente derivados de observações de campo e de foto interpretação. Os métodos qualitativos ou como denominado por Leroi (1996), Métodos de Avaliação de Especialista podem ser baseados em análises geomorfológicas de campo ou em análise de combinação por meio da superposição de mapas de índices.
Análises geomorfológicas
Segundo Aleotti e Chowdhury, (1999), este método permite uma avaliação rápida de uma dada área, levando em consideração um grande número de fatores e pode ser utilizada em variadas escalas e adaptada aos requisitos específicos de cada localidade.
Leroi (1996) destaca algumas desvantagens desta abordagem:
a) Subjetividade na escolha das regras e dos dados envolvidos na estabilidade de vertentes ou no perigo de instabilização;
b) Uso de regras implícitas em preferência às explícitas impede a análise crítica dos resultados e dificulta a atualização do sistema de avaliação com novos dados; e, c) Necessidade de pesquisas de campo prolongadas.
A principal finalidade da avaliação é identificar os locais que estão na iminência de ruptura, ou seja, as encostas onde o fator de segurança (FS) está próximo de 1 (um). Os procedimentos mais utilizados nesta abordagem incluem as seguintes fases: análise local (in situ) com investigação sistemática dos principais fatores associados aos escorregamentos e registro das propriedades da vertente; análise estatística ou seleção de técnicas de cartografia; elaboração de mapa de escorregamentos (inventário das ocorrências); elaboração de mapa geomorfológico e elaboração de mapa de suscetibilidade e perigo a escorregamentos (Cooke e Doorkamp, 1990).
Métodos Quantitativos
Análises Estatísticas
O método de análise estatística, dado por meio da comparação da distribuição espacial dos escorregamentos com os parâmetros considerados, procura superar a subjetividade na atribuição de valores ponderados para os fatores associados com a estabilidade de encostas das abordagens qualitativas. Os resultados podem ser aplicados para áreas que atualmente não apresentam escorregamentos, mas onde existem condições de suscetibilidade de futuras instabilidades (Tominaga,2007).
destas operações é facilitada pela utilização de SIG e, em grande parte a ‘popularidade’ da abordagem estatística se deve ao incremento nas aplicações destas técnicas (Aleotti e Chowdhury,1999). A análise estatística pode ser bivariável ou multivariável (Tominaga, 2007) como descrito a seguir.
- Análise estatística bivariável
A análise estatística bivariável, cada fator é aferido com o mapa de escorregamentos (inventário). Os valores que por sua vez foram ponderados das classes usadas para categorizar cada parâmetro são determinados com base na densidade de escorregamentos em cada classe individual.
Este método é amplamente utilizado nos estudos das geociências, nos quais se considera um grande número de parâmetros, tais como: litologia, ângulo de inclinação dos taludes, altura, uso do solo, morfologia do relevo, densidade de drenagem, etc. Esta abordagem tem sido adotada também com sucesso nos trabalhos de mapeamento de perigos a escorregamentos e processos correlatos.
Esta análise requer as seguintes operações: (a) seleção e mapeamento de parâmetros significativos e sua categorização em um número de classes relevantes; (b) mapeamento dos escorregamentos; (c) sobreposição do mapa de escorregamentos com os mapas de cada parâmetro; (d) determinação de densidade de escorregamentos em cada classe dos parâmetros e definição dos valores ponderados; (e) atribuição dos valores de ponderação para os vários mapas de parâmetros; (f) mapeamento final por sobreposição e cálculo do valor final de perigo ou suscetibilidade para cada unidade de terreno identificado (Aleotti e Chowdhury, 1999).
- Análise estatística multivariável
As etapas requeridas são as seguintes: (1) classificação da área de estudo em unidades de terreno (land units); (2) identificação dos fatores significativos e criação dos mapas de dados; (3) construção do mapa de inventário de escorregamentos; (4) identificação da porcentagem da área afetada por escorregamentos em cada unidade de terreno e sua classificação em unidades estáveis ou instáveis; (5) combinação dos mapas de parâmetros com o mapa de unidades de terreno e organização de uma matriz de presença/ausência de uma dada classe, de um dado parâmetro em cada unidade de terreno; (6) análise estatística multivariável: devido à grande quantidade de dados, esta análise é efetuada com o uso de software específico que, atualmente encontra-se incluído no pacote de programas do SIG; (7) reclassificação das unidades de terreno baseado nos resultados obtidos na fase preliminar e determinação das classes de suscetibilidade (Tominaga, 2007).
Modelos Geotécnicos Determinísticos
Os Modelos geotécnicos determinísticos são voltados para a análise das encostas ou de locais específicos para fins da engenharia. Conforme Aleotti e Chowdhury (1999), as principais propriedades físicas são quantificadas por meio de ensaios e aplicadas em modelo matemático específico para cálculo do fator de segurança.
Estes modelos são amplamente empregados em engenharia civil e em geologia de engenharia e tem sido utilizado para o mapeamento de perigo de escorregamentos, especialmente após a introdução de SIG. O índice de estabilidade utilizado é o já bem conhecido fator de segurança, baseado em modelo geotécnico apropriado.
2.2.4. Mapas de Risco a Escorregamentos
Devido à complexidade das informações embutida nas análises, a grande maioria dos mapeamentos de risco tem sido feita apenas em áreas de extensão limitada, atribui-se ainda às dificuldades de se fazer a composição do perigo e do potencial de perda, o que resulta em poucos métodos para avaliação de mapeamento de risco a escorregamentos.
Com base nas propostas de Varnes (1984); Brabb (1984) e USGS (1983), Einstein (1988) propõe uma estrutura de mapeamento de risco a escorregamentos em cinco etapas ou níveis:
Nível 1 – Mapas do Estado da Natureza (state of nature maps). Correspondem às
informações básicas compostas de dados coletados em campo ou na literatura, e que não foram submetidas a interpretações ou sínteses. Incluem neste contexto: mapas topográficos; mapas geológicos; mapas de vegetação; mapas hidrológicos (chuva, drenagens, água subterrânea); mapas geotécnicos, e outros.
Nível 2 - Mapas de Inventário de Escorregamentos (danger maps). Resumem as
áreas que já apresentaram escorregamentos e as com potencial de instabilidade e a tipologia dos processos. São desenvolvidas a partir dos mapas do nível 1 e das informações adicionais sobre instabilidade das encostas.
Nível 3 – Mapas de Perigo (hazard maps). Representam tanto o potencial do terreno
em gerar escorregamentos como a probabilidade de sua ocorrência, que pode ser expressa em valores quantitativos ou qualitativos. Estes mapas também são chamados mapas de suscetibilidade relativa. A estimativa da probabilidade pode ser feita objetiva, subjetivamente ou pela combinação de ambas.
Nível 4 – Mapas de Risco (risk maps). reunem a interação do perigo e suas
Nível 5 – Mapas de Gerenciamento de Escorregamentos (landslide management
maps). Derivado dos mapas de perigo e risco constitui-se nas bases para decisão de
políticas públicas. São instrumentos técnicos para ações regulatórias e de gerenciamento, tais como zoneamentos, adoção de medidas de mitigação ou de estabilização, implantação de sistemas de monitoramento, entre outros.
De acordo com Anbalagan (1996), uma avaliação de risco refere-se a uma estimativa da extensão dos prováveis danos que podem resultar se o escorregamento ocorrer. Os danos podem ser na forma de perdas de vidas ou ferimentos, danos aos recursos da terra e propriedades. Portanto, risco é uma função da probabilidade de ocorrência do perigo (hazard) e da provável consequência (dano potencial), podendo ser expresso como:
R = f(HP, DP) (2.4)
sendo HP probabilidade de perigo (hazard probability) e DP dano potencial. A avaliação do risco é modelada a partir de uma matriz onde as classes de diferentes graus de Dano Potencial (DP) são associadas às de Perigo (HP), resultando em cinco classes de risco: muito baixo, baixo, moderado, alto e muito alto. Cartas de risco específicas são, então, elaboradas para cada tipo de dano potencial, por exemplo, danos à população, às terras e propriedades, às rodovias, etc.
Bocquet et al. (1984 apud Eisntein 1988), utilizaram três principais componentes para avaliação de risco em áreas consideradas montanhosas: 1) o perigo (hazard); 2) a modificação do perigo pela interferência humana; 3) o efeito potencial sobre os fatores econômicos e presença humana (potencial de perda). Os níveis de perigo foram descritos por uma escala de a (alto) a d (muito baixo), combinando a intensidade do perigo e sua probabilidade. A ação humana nos três níveis pode tanto reduzir ou aumentar o perigo. As perdas potenciais e o perigo modificado são então associados para avaliação do risco da área analisada feita de forma qualitativa e subjetiva.
No Brasil, conforme já mencionado previamente, os estudos de elaboração de cartas de risco, associadas aos movimentos de massa, são bastante recentes. Numa fase inicial, as cartas de risco foram elaboradas em geral por meio de combinação de mapas temáticos, baseadas em análises essencialmente qualitativas e produzidas manualmente.
Cerri (1990), por exemplo, propôs a elaboração de mapas de risco geológico em duas etapas principais. A primeira refere-se à produção do mapa de suscetibilidade pelo cruzamento entre mapas temáticos do meio físico e entre o mapa de uso e ocupação do solo como indutor dos processos geológicos. A segunda etapa envolve o cruzamento do mapa de suscetibilidade com o mapa de uso e ocupação do solo, representando nesta etapa, as consequências (danos) potenciais associados.
Em síntese, as cartas de risco geológico representam a distribuição, os tipos, a frequência, as características, o grau e a hierarquização do risco associado a escorregamentos (Fernandes e Amaral, 1996). O risco pode ser considerado como o resultado da combinação entre a probabilidade de ocorrência do escorregamento e as consequências potenciais, sociais e econômicas, e ser expressa pela equação 2.5:
RPxC (2.5)
sendo R o risco de escorregamento, P a probabilidade ou suscetibilidade e C as consequências do escorregamento.
