Instrumentação e Monitoramento das Encostas Urbanas e
Zoneamento das Áreas de Risco da Cidade de Ouro Preto/ MG
Michel Moreira Morandini Fontes, Romero César Gomes e Michelle Rose Petronilho
Departamento de Engenharia Civil, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Minas Gerais
RESUMO: O intenso processo de urbanização vivido no Brasil a partir da década de 70, aliado à falta de recursos e de políticas habitacionais adequadas gerou um amplo processo de ocupação de áreas geologicamente desfavoráveis, resultando em graves situações de risco. Este quadro foi notavelmente configurado na cidade de Ouro Preto/MG, com inúmeros eventos de movimentos de massa e processos correlatos ocorrendo no núcleo urbano, com riscos crescentes sobre a infra-estrutura local, os monumentos históricos e, particularmente, sobre as comunidades assentadas ao longo das encostas da Serra de Ouro Preto. O trabalho apresenta os estudos e resultados obtidos com o programa de monitoramento da área urbana da cidade, por meio de inspeções in situ e medidas de deslocamentos de uma rede de inclinômetros instalados em pontos críticos da área urbana. Tais procedimentos, integrados aos estudos dos condicionantes geológico-geotécnicos locais, propiciaram a caracterização de sub-domínios e conseqüente zoneamento destas áreas de risco
PALAVRAS-CHAVE: Inclinômetro, Mapeamento, Movimentos de massa.
1 INTRODUÇÃO
Nas últimas décadas, as áreas urbanas instaladas em regiões montanhosas têm sido cada vez mais afetadas por movimentos de massa ao longo das encostas, tais movimentos são um fenômeno natural, que pode ser estimulado pela ação humana. Na tentativa de desenvolver soluções ou ao menos amenizar tais problemas, tem sido desenvolvidos amplos estudos nas mais diversas latitudes, não apenas por sua importância como agentes atuantes na evolução das formas de relevo, mas também em função de suas implicações práticas e de sua importância uma vez quando este contexto se insere em susceptibilidade a movimentos de massa em áreas urbanas.
Estes estudos têm por objetivo delimitar áreas mais susceptíveis a ocorrência de movimentos, a partir da análise de suas causas e mecanismos, os quais estão relacionados ao volume e freqüência das precipitações, à estrutura geológica, aos materiais envolvidos, às formas de relevo e às formas de uso da terra. Face à extrema diversidade de enfoque, à complexidade dos processos envolvidos e à multiplicidade de ambientes de ocorrência, este trabalho buscou discutir a susceptibilidade a movimentos de massa em áreas ocupadas, tendo
como local de estudo a área urbana da cidade de Ouro Preto, que possui uma topografia caracterizada predominantemente por encostas, as quais denotam um dinamismo de formas em estruturas geologicamente dobradas, e algumas vezes, perigosamente inclinadas, que juntamente com os processos de ocupação desorganizada, comprometem a estabilidade desses maciços que circundam a referida cidade.
Tais problemas refletem primordialmente a falta de equilíbrio entre a necessidade de se dispor das feições predisponentes do meio físico local com a expansão natural do núcleo urbano.
2 ÁREA DE ESTUDO, EQUIPAMENTOS
E MÉTODOS
2.1 Áreas de Estudo
A cidade de Ouro Preto localiza-se na região central do estado de Minas Gerais, a 96 Km da Capital, Belo Horizonte. Situada à sudeste na região conhecida como quadrilátero ferrífero – Zona metalúrgica do Estado, quase na sua totalidade acima dos 1061 m, sua localização é determinada pelas coordenadas geográficas de 20°23’28” S e 43°30’20” W, com altitude
máxima de 1891 m na divisa com o município de Santa Bárbara e altitude mínima de 989 m na Foz do Rio Maracujá (Fonte IGA). O clima é marcado pela elevada pluviosidade, com maior concentração entre os meses de Outubro e Março. O regime pluviométrico da região é do tipo tropical, com uma média de 1723,6 mm anuais (série 1919 a 1990), características básicas de um clima tropical de montanha (Gomes et al, 1998).
Implantada em um grande vale limitado pelas serras de Ouro Preto a Norte e Itacolomi a Sul, a morfologia local caracteriza-se por altas montanhas de desenvolvimento linear, áreas aplainadas com altitudes diversas e vales alongados, muitas vezes bem encaixados. Cerca de 40% da área urbana exibe feições com declividades entre 20 a 45% e apenas 30% com declividades entre 5 e 20%. Zonas escarpadas são comuns em toda a área urbana (Carvalho,1982). A malha urbana estende-se ocupando tanto o vale principal, como as vertentes e contrafortes das serras, principalmente a Serra de Ouro Preto.
A Serra de Ouro Preto representa o flanco sul de uma grande estrutura regional conhecida como Anticlinal de Mariana. O substrato é constituído por metassedimentos – filitos, quartzitos, xistos e formações ferríferas – profundamente afetados por eventos tectônicos. As condições geológicas e geomorfológicas são fatores condicionantes a ocorrência de movimentos de massa e processos erosivos, conjuntamente a condição climática, com períodos de chuvas intensos e prolongados. O descobrimento do Ouro no século XVII e posteriormente a implantação de um núcleo industrial advinda da chegada de grandes mineradoras à região permitiram a Ouro Preto um crescimento populacional que atingiu uma média de 5% ao ano. A conseqüência desse processo resultou em uma expansão caótica da malha urbana, as áreas mais estáveis e planas, como topo de colinas e plataformas a meia encosta, foram os primeiros locais a serem ocupados pela população. Os locais onde ocorreram as lavras de ouro, motivo de surgimento da cidade, foram realizados grandes desmontes, escavações, transporte e deposição de material removido, abertura de poços,
galerias e canais, além de desmatamento generalizado. Em função disto, estes locais, com características morfológicas e geotécnicas desfavoráveis, mais tarde, também foram ocupados ocasionando um quadro problemático no que se refere à segurança da população e das estruturas.
2.2 Materiais
Devida à extrema diversidade de enfoque, à complexidade dos processos envolvidos e à multiplicidade de ambientes de ocorrência, este trabalho buscou discutir a susceptibilidade a movimentos de massa em áreas a partir de estudos implementados através de tubos de inclinômetro instalados em toda malha urbana da cidade. Configurando a partir destas uma extensa rede de monitoramento, estabelecendo a real condição de estabilidade dos maciços, aliados à caracterização do subsolo onde estabelecera o mapeamento geotécnico.
Para a leitura de deslocamentos do terreno em profundidade foi utilizado um Digitilt Datamate 50310999, com dois servo-acelerômetros montados a 90° aos eixos do instrumento, para a medição da inclinação e unidade de leitura digital de alta sensibilidade. Sua aplicação é normalmente indicada no controle de estabilidade de taludes, aterros, cortinas de contenção e fundações sujeitas a esforços horizontais.
O aparelho utilizado para se obter as leituras (sonda) foi o Digitilit Inclinometer Probe 50302599, que consiste em um pêndulo no interior de um torpedo, atuando sob a ação da gravidade, que mede a inclinação desse em relação à vertical. Esta inclinação é obtida pelo uso de servo-acelerômetros ou extensômetros, conectados em ponte completa, na qual por meio de um transdutor, esta grandeza é convertida em um sinal elétrico transmitido ao equipamento de leitura, instalado na superfície do terreno. A figura 1 a seguir mostra a foto do inclinômetro, incluindo torpedo, aparelho de leitura e acessórios.
Figura 1. Inclinômetro utilizado nos levantamentos. Um tubo de material com maleabilidade suficiente para acompanhar a movimentação do terreno encontrava-se instalado no maciço (foco de estudo), tendo sua extremidade inferior engastada em meio rígido, que passa a se comportar como ponto fixo; referência para as leituras tomadas ao longo do tubo, dispõe em seu interior de quatro ranhuras longitudinais e diametralmente opostas, que servem como guias para o deslocamento das rodas do torpedo ao longo do furo.
As leituras são efetuadas via painel, localizado na superfície. Este recebe sinais elétricos correspondentes à inclinação do torpedo em relação a um eixo vertical fictício, sendo sustentado por um cabo apropriado que trabalha também como indicador de profundidade do torpedo.
O sensor é deslocado ao longo das ranhuras longitudinais até o fundo do furo e mantido nesta posição por cerca de 15 minutos, até a estabilização térmica do conjunto. Em seguida, faz-se a elevação contínua do sensor, efetuando-se a cada profundidade regular, pares de leituras ao longo de um eixo principal A e um eixo secundário B, sendo rotacionado o aparelho de 180°. Tal procedimento tem por objetivo eliminar erros inerentes à operacionalização do dispositivo (o inclinômetro não indica uma leitura zero mesmo com o torpedo perfeitamente vertical (Gomes et al.,2003)). Sendo este erro constante, leituras a 180° (ou seja, por inversão da posição do torpedo) permitem que o mesmo seja eliminado nos cálculos finais, uma vez que se toma a média das leituras. Este procedimento serve ainda como importante critério de controle da qualidade das leituras obtidas do
local – checksum.
2.3 Métodos para o Cálculo dos Deslocamentos
Vale a pena lembrar que o interesse primário para estudos com este tipo de instrumentação aplicado a Geotecnia não é especificamente a movimentação do tubo em relação a vertical, mas a mudança da posição e da inclinação do tubo em relação a uma dada condição inicial (condição de instalação), caracterizada pela série de leituras iniciais.
O princípio de análise baseia-se na figura 2 mostrada a seguir:
Figura 2. Metodologia básica de análise do desvio lateral. De posse do intervalo de medidas L que é fixo (0,50 metro) e do ângulo θ do torpedo, pode-se calcular o desvio lateral do tubo pela expressão θ sen x L Lateral Desvio = (1) Onde o Instrument do Constante A180) e (A0 Leituras das Aritmética Média sen θ= (2)
Sendo a constante do instrumento igual a 25.000 (sistema métrico).Assim sendo, o perfil do tubo é obtido pela acumulação de desvios laterais sofridos pelo mesmo nos sucessivos intervalos de leitura; isto é, a mudança de desvios laterais mostra quanto o tubo se moveu de sua posição original, quantificando então o deslocamento horizontal sofrido pelo talude, que é obtido pela expressão a seguir:
o Instrument do Constante x 2 Inicial Combinada Leitura -Final Combinada Leitura x L D= (3) Onde:
D é o deslocamento sofrido pelo tubo guia. Leitura Combinada é a média aritmética
entre as leituras nas direções A0 e A180;
A média aritmética entre as leituras combinadas inicial e final é obtida pela introdução do número 2 no denominador.
O grau, a magnitude e a profundidade em que ocorre esse deslocamento são obtidos pela comparação entre gráficos correspondentes aos estágios inicial e final do levantamento.
3 RESULTADOS OBTIDOS
Desde 1979, e ao longo da ocorrência de eventos mais críticos ou mais próximos a monumentos históricos da cidade (Figura 3), tem sido sistematicamente adotada a prática de se instalar tubos de inclinômetros nestas áreas, para monitoramento futuro. Assim, o núcleo urbano já possui uma pequena infra-estrutura (cerca de 15 inclinômetros instalados). Neste contexto, uma das fases do Projeto IMAGEM contemplou a instalação de uma rede de mais 35 tubos de inclinômetros, complementares aos existentes ou instalados em novas áreas de risco.
Figura 3. Tubo de inclinômetro instalado ao lado da Igreja de São Francisco de Assis.
Como fase integrante destes estudos, foram recuperados, sistematizados e digitalizados resultados de todas as leituras efetuadas nos tubos instalados em outras épocas,
constituindo-se, assim, um banco de dados bem atualizado de controle.
As leituras são efetuadas mensalmente para todos os furos instalados por uma equipe técnica da UFOP, treinada e consolidada pelo monitoramento similar e periódico realizado em processo de alteamento de pilha de rejeitos da Samarco Mineração S.A. (Fontes et al., 2004). O equipamento cedido à UFOP é parte da contrapartida desta empresa no âmbito deste projeto.
Vale a pena lembrar que o interesse primário para as análises dos registros com este tipo de instrumento não está associado especificamente à movimentação do tubo em relação a vertical, e sim, à mudança da posição e da inclinação do tubo em relação a uma dada condição inicial (condição de instalação), caracterizada pela série de leituras iniciais.
Assim sendo, o perfil do tubo (ou melhor, o perfil dos deslocamentos do terreno em profundidade) é obtido pela acumulação dos valores dos desvios laterais apresentados pelo mesmo nos sucessivos intervalos de leitura, isto é, a mudança de desvios laterais mostra quanto o tubo se moveu de sua posição original, quantificando então o deslocamento horizontal sofrido pelo talude.
As análises foram feitas segundo os resultados obtidos pela série de leituras de Fevereiro/2006, dados levantados pelo grupo. Incluiu-se também a última leitura realizada pela Tecnosolo, em Abril/1979, e procurando-se estabelecer uma relação destes com as primeiras leituras de referência, obtidas após instalação dos tubos na encosta, em Abril/1979. As Figuras 4 a 6 apresentam a localização e os resultados obtidos nos levantamentos realizados nos furos de inclinômetro instalados nas adjacências do prédio da Santa Casa de Misericórdia, com o intuito de monitorar e estabelecer de maneira preventiva análise da estabilidade da encosta sob a qual a mesma esta inserida.
Na primeira campanha de monitoramento (1979) foram observadas pequenas movimentações dos tubos de inclinômetro.
Na segunda campanha (2000) foram verificados deslocamentos superficiais no talude a montante do prédio durante o período
chuvoso, tendo sido recomendada a desobstrução e recuperação das canaletas existentes.
Atualmente, como base deste trabalho, se apresenta a terceira campanha onde caracterizou-se uma condição de rastejo do talude a montante e abatimento da ordem de 10 centímetros na pista da Rua Padre Rolim, em frente ao prédio, caracterizado por uma trinca côncava que atingia até a região central da pista, numa extensão aproximada de 25 metros. Figura 4. Localização dos tubos de Inclinômetro na encosta adjacente ao prédio da Santa Casa de Misericórdia. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 Deslocamento Horizontal (mm) Profundidade (m)
Desloc Horiz. 09/04/79 a 17/10/00 Desloc. Horiz. 09/04/79 a 10/03/06 Desloc. Horiz. 09/04/79 a 09/02/06
Figura 5. Evolução dos Deslocamentos do Furo I1 eixoA.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 Deslocam ento Horizontal (m m )
P rof und id a d e ( m )
Desl oc Hor i z. 09/ 04/ 79 a 17/ 10/ 00 " Desl oc. Hor i z. 09/ 04/ 79 a 10/ 03/ 06 Desl oc. Hor i z. 09/ 04/ 79 a 09/ 02/ 06
Figura 6. Evolução dos Deslocamentos do Furo I1 eixoB. Os gráficos apresentados nas figuras acima denotam movimentos ocorridos em um dado intervalo de tempo, segundo as direções A e B. Este fato nos permitiu avaliar os movimentos e classificá-los segundo critérios já existentes. A Figura 7 apresenta o gráfico resultante da combinação dos movimentos detectados nas duas direções de investigação, cuja orientação final e evolução ao longo do tempo são determinantes para uma correta compreensão do fenômeno de movimento de massa, permitindo, assim, a adoção de medidas corretivas e/ou estabilizadoras do evento.
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 -200,00 -150,00 -100,00 -50,00 0,00
Deslocamento Horizontal no Eixo B (mm)
D esl ocam e n to H o ri z o nta l no E ixo A (m m )
Figura 7. Correlação entre os deslocamentos horizontais segundo os dois eixos analisados.
4 CONCLUSÕES
A identificação dos processos de movimentos de massa constitui uma atividade de campo na qual 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 fornece uma boa fonte para subsidiar medidas preventivas, corretivas e mitigadoras dos problemas detectados. Há que se considerar, entretanto, que tais análises não devem ficar restritas à identificação dos locais críticos em termos das ocorrências destes processos, devendo ser avaliadas também as dimensões das conseqüências potenciais em termos de danos materiais e riscos para a população e o patrimônio artístico e cultural afetados.
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 ainda o monitoramento das áreas mais críticas (Projeto IMAGEM).
Os resultados obtidos com este programa de monitoramento, particularmente pelas leituras de inclinômetros, têm constituído uma base criteriosa para subsidiar as premissas de uma Carta de Risco e dos critérios e diretrizes para a proposição das Leis de Uso e Ocupação do Solo para a cidade de Ouro Preto/MG.
AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de registrar os seus agradecimentos à Samarco Mineração S.A. e à Prefeitura Municipal de Ouro Preto pelo apoio financeiro e logístico ao projeto descrito neste trabalho.
REFERÊNCIAS
Carvalho, E.T (1982) Carta Geotécnica de Ouro Preto. Dissertação de Mestrado na Universidade de Nova Lisboa
Carvalho, R. ª G; Bonuccelli, T. J. (2001). Inventário dos Movimentos Gravitacionais de Massa e Processos Erosivos em Ouro Preto – MG com uso de GPS, na escala 1:2000. IIICOBRAE. P. 255-260, Rio de
Janeiro
Fontes,M.M.M.;Ferreira,R.M.;Vasconcelos,A.e Gomes, R.C.(2004). Relatório das Medições com Inclinômetro na Pilha de rejeitos da Cava do Germano. Samarco Mineração S.A., Mariana/MG, 65p.
Gomes,R.C. Fontes, M.M.M., Ferreira,R.M., Vasconcelos,A. – Abril/2004 RTPSAM 01/04. Relatório Parcial das Medições com Inclinômetro na Pilha de rejeitos da Cava do Germano MARIANA – MG, Brasil- 2003
Gomes, R.C., Araújo, L.G.; Bonuccelli. T.J. e Sobreira, F.G. (1998). Condicionantes Geotécnicos do Espaço Urbano da Cidade de Ouro Preto/MG. X Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Brasília/DF, Vol. IV, p. 1912 – 1919. SLOPE INDICATOR. Manual Digitilt Inclinometer
Probe 50302599 e Digitilt Datamate 50310999, 2000.
