Leonardo Rodrigues Silveira
AVALIAÇÃO DE VULNERABILIDADES POR DOIS DIFERENTES MÉTODOS E MAPEAMENTO DE ÁREAS SUSCETÍVEIS A DESLIZAMENTOS TRANSLACIONAIS
RASOS
Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Rafael Augusto dos Reis Higashi, Dr.
Florianópolis 2017
Silveira, Leonardo Rodrigues
Avaliação de vulnerabilidades por dois diferentes métodos e mapeamento de áreas suscetíveis a
deslizamentos translacionais rasos / Leonardo Rodrigues Silveira; orientador, Rafael Augusto dos Reis Higashi, 2017.
215 p. ; 21cm
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2017. Inclui referências.
1. Engenharia Civil. 2. SIG. 3. Modelo SHALSTAB. 4. Vulnerabilidades. 5. Deslizamentos. I. Higashi, Rafael Augusto dos Reis. II. Universidade Federal de Santa Catarina. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. III. Título.
Ficha de identificação da obra elaborada pelo autor, através do Programa de Geração Automática da Biblioteca Universitária da UFSC.
AVALIAÇÃO DE VULNERABILIDADES POR DOIS DIFERENTES MÉTODOS E MAPEAMENTO DE ÁREAS SUSCETÍVEIS A DESLIZAMENTOS TRANSLACIONAIS
RASOS
Dissertação julgada adequada para a obtenção do Título de Mestre em Engenharia Civil e aprovada em sua forma final pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil - PPGEC da Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC, área de concentração Infraestrutura e Gerência Viária.
Florianópolis, 21 de Setembro de 2017.
________________________ Prof. Glicério Trichês, Dr.
Coordenador do Curso Banca Examinadora:
______________________
Prof. Rafael Augusto dos Reis Higashi, Dr. Orientador
Universidade Federal de Santa Catarina
_______________________________ Prof. Amilton Amorim, Dr.
Universidade Estadual Paulista (Videoconferência)
________________________________ Prof. ª Gracieli Dienstmann, Dra Universidade Federal de Santa Catarina
________________________________ Prof. Orlando Martini de Oliveira, Dr. Universidade Federal de Santa Catarina
Dedico este trabalho à minha família; minha esposa Thalita, meu filho Davi Leonardo, meus pais Mário Roberto e Marli, e em memória do meu avô Waldomiro.
Primeiramente a Deus, pela vida e por todas as oportunidades dadas durante todo meu percurso.
A esta Instituição de ensino, seu corpo docente, coordenação e direção que me proporcionaram a chance de realizar esse curso, vislumbrando um futuro com dignidade, conhecimento e confiança.
Aos professores que sempre chamarei de mestres, pois me disponibilizaram não só o conhecimento nas disciplinas, mas também o desenvolvimento do caráter e profissionalismo, dedicando-se ao máximo na transmissão do conhecimento e esforçando-se para que eu absorvesse todo conteúdo ministrado.
A professora Regina Davison Dias que me fez despertar e enxergar os solos com outros olhos.
Ao professor e orientador Rafael Higashi pela amizade e oportunidade de participar da pesquisa científica que originou a elaboração deste trabalho, por sua dedicação e disponibilidade de tempo na orientação técnica, auxiliando-me nas dificuldades encontradas e norteando-me sempre que necessário.
Aos professores Orlando de Oliveira, Amilton Amorim e Gracieli Dienstmann, pelo suporte, corrigindo e incentivando nas melhorias deste trabalho.
Ao amigo e Mestre Rodrigo Nascimento, o qual auxiliou nos trabalhos de SIG e Geoprocessamento.
Agradeço imensamente a minha família, pois sem ela este sonho não seria possível, em especial a minha esposa Thalita e meu filho Davi Leonardo, que entenderam a minha ausência e me apoiaram em diversos momentos difíceis durante a realização deste curso. Aos meus pais Mário Roberto e Marli e aos meus irmãos Eduardo, Rogério e Janaína pelas palavras de incentivo e de força que me ajudaram a não desistir.
Muito obrigado a todos integrantes do Laboratório de Mapeamento Geotécnico e de Mecânica dos Solos. Agradeço por toda ajuda momentos de descontração e conversas durante esses últimos anos juntos.
A todos aqueles que de alguma maneira contribuíram para o desenvolvimento deste mestrado, embora não tenham sido citados.
Por fim, a todos que direta ou indiretamente fizeram parte da minha formação, o meu muito obrigado!
A presente pesquisa propõe elaborar subsídios necessários para se avaliar as áreas de maior suscetibilidade e as vulnerabilidades a deslizamentos translacionais rasos na bacia hidrográfica do bairro Saco Grande em Florianópolis e do setor de risco comunidade do Sol Nascente, local escolhido como a área de estudo desse trabalho. Estes estudos têm por objetivo delimitar áreas mais suscetíveis e vulneráveis à ocorrência de movimentos de massa, a partir da análise de suas causas e mecanismos, os quais estão relacionados à estrutura geológica, infraestrutura local, materiais envolvidos, às formas de relevo e às formas de uso da terra. Para agilizar o processo de análise do meio físico (suscetibilidade) e das vulnerabilidades, é de extrema importância que um sistema computacional seja estruturado com dados geoambientais atualizados que possibilitem uma análise crítica mais rápida da situação presente. Por estas razões, surgiu a necessidade de sistematizar, o grande volume de informações disponíveis, no meio digital, com o objetivo de facilitar o acesso às informações por meio do uso de um sistema de informações geográficas (SIG). Nessa pesquisa também foram aplicados dois métodos para avaliação da vulnerabilidade, o método do IPT (SP) e o método do CEPED, (UFSC) com o objetivo de analisar e avaliar as vulnerabilidades físicas-ambientais e infraestrutural de uso e ocupação do solo, em áreas suscetíveis a deslizamentos rasos, por meio de um banco de dados geoambiental, através de um sistema de informação geográfica e do geoprocessamento. Foram gerados mapas de suscetibilidade a deslizamentos translacionais rasos, através do método SHALSTAB e mapas de Vulnerabilidades pelos métodos do IPT e CEPED, analisados, foram espacializados seus resultados por meio do método de geoestaística krigagem, Na aplicação da Krigagem. Os resultados obtidos pelo método do IPT observou-se que em 63% da área foi classificada como de vulnerabilidade baixa, as áreas de vulnerabilidade média resultaram-se em 36% da área de estudo e na determinação das áreas com vulnerabilidade alta o resultado atingiu valor de 1% no total da área de estudo. Aplicada a Krigagem para o método do CEPED (UFSC) observa-se que os resultados tiveram significativa diferença. Nas áreas classificadas como vulnerabilidade baixa se obteve o valor de 53,47% da área de amostragem, para o grau de vulnerabilidade média, se obteve o resultado de 41,23% das áreas de estudo, em áreas com vulnerabilidade alta o resultado foi de 3,16% das áreas do espaço amostral e finalmente para as áreas de vulnerabilidade muito alta, o resultado foi de 2,12% do total de 215.651 m².
risco a deslizamentos rasos, medidas de prevenção a desastres e tomada de decisões de planejamento urbano.
Palavras-chave: SIG. Modelo SHALSTAB. Mapeamento de áreas suscetíveis. Vulnerabilidades. Deslizamentos rasos.
The present research suggests devising the necessary grants to a better assessment of the areas that are vulnerable and susceptible to shallow translational landslides over the Saco Grande neighborhood watersheds, in Florianópolis, and the community of Sol Nascente, which is a risk sector and has been chosen as this project's study field. The main goal is to delimit the areas which are more vulnerable to mass movements, based on the analysis of their causes and processes, which are related to geological structures, types of material, terrain, and use of soil. To fasten the susceptibility and vulnerability analysis process, it´s of utmost importance that a computer system be structured with updated geoenvironmental data that allows a faster assessment of the present situation. For those reasons, the digital systematization of the information available is much needed, in order to facilitate access to data, through geographic information system (GIS). In this research, two methods of vulnerability assessment have been approached, the IPT, SP and the CEPED, UFSC, aiming to analyze and assess the physical-environmental and infrastructural vulnerabilities over the occupation and use of soil in landslide susceptible areas, via geoenvironmental data based on a geographic system and geoprocessing. Maps of susceptibility to shallow translational landslides have been created through SHALSTAB method, and the vulnerability ones, through the IPT (SP) and the CEPED (UFSC) methods, and their results have been analysed through the geostatistical kriging. The results obtained by the IPT method show that 63% of the area has been classified as of low vulnerability, 36%, of average vulnerability and 1%, of high vulnerability, whereas through kriging, by CEPED, UFSC methods, the results have shown significant difference. The areas considered of low vulnerability represent 53,47% of the sampling, 41, 23%, average and 3,16% of high vulnerability, and lastly, those of ultra high vulnerability consist of 2,12% of a total area of 215.651 m². Comparing the results, it was possible to identify the best method when kriging, enabling the development of maps of risk and shallow landslides, besides preventive measures against disasters and decision making in urban planning.
Keywords: GIS, SHALSTAB templates, susceptible areas mapping, Vulnerability, shallow landslides.
Figura 1. Representação simplificada de um Sistema de Banco de Dados ... 33 Figura 2. Princípios básicos da metodologia da UFRGS ... 38 Figura 3. Simbologia de unidades geotécnicas. ... 39 Figura 4. Gráfico da equação (5): razão a/b em função de tanθ (escala
logarítmica). ... 44 Figura 5 - Equipamento de cisalhamento direto ... 47 Figura 6. Tipos de escorregamentos ... 53 Figura 7. Perfil esquemático dos deslizamentos planares ou
translacionais ... 54 Figura 8. Perfil esquemático do deslizamento circular ou rotacional... 54 Figura 9. Perfil esquemático de um deslizamento em cunha ou
estruturado ... 55 Figura 10. Perfil esquemático de queda de blocos ... 56 Figura 11. Foto de processo de corrida de massa que ocorreu no
Morro do baú, SC, 2008. ... 58 Figura 12. Localização da área de estudo... 103 Figura 13. Mapa geológico da bacia hidrográfica do saco Grande .... 105 Figura 14. Mapa Geológico da área de estudo, comunidade do Sol
Nascente. ... 106 Figura 15. Mapa temático de Geologia e Unidades Habitacionais da
área de estudo. ... 106 Figura 16. (fotografia oblíqua, 19/05/06): Setorização com os graus
de risco de escorregamentos do assentamento precário
Comunidade Sol Nascente. ... 109 Figura 17. Ortofoto da área de estudo. ... 110 Figura 18. Região do setor 1 com probabilidade de rolamento de
blocos. ... 111 Figura 19. Presença de matacões ao fundo da residência. ... 112 Figura 20. Drenagem precária no setor de risco 2. ... 112 Figura 21. Região do setor 3 com probabilidade de rolamento de
blocos. ... 113 Figura 22. Diagrama representando o método que esta sendo aplicado
ao trabalho. ... 115 Figura 23. Mapa com a hidrografia do bairro Saco Grande ... 117 Figura 24. Modelo Digital do Terreno do Bairro Saco Grande ... 119
Figura 26. Curvas de Nível de 1 metro da área do Sol Nascente
extraídas do MDT. ... 122
Figura 27. Mapa geotécnico do Bairro Saco Grande. ... 123
Figura 28. Mapa dos Setores de Risco do Sol Nascente com as 570 Unidades Habitacionais georreferênciadas. ... 124
Figura 29. Mapa com as unidades habitacionais sorteadas aleatoriamente na planilha eletrônica ... 125
Figura 30. Mapa com os pontos de coleta e suas respectivas unidades geotécnicas ... 127
Figura 31. Mapa de declividade (relevo) e localização dos pontos de coleta de solo. ... 129
Figura 32. Exemplo de coleta de amostra indeformada (coleta3). ... 131
Figura 33. Aplicação do Modelo SHALSTAB ... 134
Figura 34. Modelo Digital do Terreno da Área de Estudo ... 135
Figura 35. Mapa de Declividade Bacia Hidrográfica do Saco Grande (EMBRAPA) ... 137
Figura 36. Mapa de Declividade da Área de Estudo (EMBRAPA) ... 138
Figura 37. Mapa de Declividade da Área de Estudo em Graus. ... 139
Figura 38. Representação do fluxo d’água em função das células vizinhas ... 141
Figura 39. Mapa de Direção de Fluxo da Bacia Hidrográfica do Saco Grande ... 141
Figura 40. Vetores de direção de fluxo. ... 142
Figura 41. Criação de uma superfície de acúmulo de fluxo a partir das direções de fluxo ... 142
Figura 42. Mapa de contribuição ... 143
Figura 43. Análise de muito alta Vulnerabilidade (CEPED) da Unidade Habitacional 031 ... 145
Figura 44. Exemplo de uma variável para avaliação das vulnerabilidades ... 146
Figura 45. Distribuição das unidades geotécnicas. ... 151
Figura 46. Mapa geotécnico da Área de estudo. ... 153
Figura 47. Percentual das Unidades Geotécnicas na área de estudo. . 155
Figura 48. Tensão cisalhante, deslocamento horizontal e vertical no ensaiode cisalhamento direto, unidade PVg... 159
Figura 50. Tensão cisalhante versus tensão normal da coleta 1,
unidade geotécnica PVg. ... 160 Figura 51. Tensão cisalhante versus tensão normal da coleta 2,
unidade geotécnica PVg. ... 160 Figura 52. Tensão cisalhante versus tensão normal da coleta 3,
unidade geotécnica Cde. ... 161 Figura 53. Tensão cisalhante versus tensão normal da coleta 4,
unidade geotécnica Cde. ... 161 Figura 54. Mapa de Suscetibilidade a deslizamentos rasos, z= 2
metros, média dos resultados. ... 165 Figura 55. Mapa de Suscetibilidade profundidade z= 2 metros, pior
Caso. ... 166 Figura 56. Mapa de Suscetibilidade a deslizamentos rasos, z = 4
metros, média dos resultados. ... 167 Figura 57. Mapa de Suscetibilidade a deslizamentos rasos, z= 4
metros, pior cenário. ... 168 Figura 58. Mapa de Suscetibilidade a deslizamentos rasos e as
unidades habitacionais da área de estudo. ... 171 Figura 59. Mapa de vulnerabilidade pelo método IPT (SP). ... 173 Figura 60. Percentual das vulnerabilidades pelo método IPT (SP). ... 175 Figura 61. Mapa de vulnerabilidade pelo método CEPED (UFSC). .. 177 Figura 62. Percentual das vulnerabilidades pelo método CEPED,
UFSC. ... 179 Figura 63. Mapa de Vulnerabilidade CEPED (UFSC) pelo método
geoestatístico de Krigagem. ... 181 Figura 64. Percentual das vulnerabilidades espacializadas pelo
método geoestatístico de Krigagem (CEPED, UFSC). ... 183 Figura 65. Mapa de Vulnerabilidade IPT (SP), pelo método
geoestatístico de Krigagem. ... 185 Figura 66. Percentual das vulnerabilidades espacializadas pelo
método geoestatístico de Krigagem (IPT, SP). ... 187 Figura 67. Comparação entre os resultados de Sucetibilidade e
Tabela 1. Simbologia simplificada das classes pedológicas. ... 39
Tabela 2. Simbologia simplificada das Classes Litológicas ... 40
Tabela 3. Classes de estabilidade geradas pelo SHALSTAB referentes às condições de estabilidade e saturação em função da razão a/b e tanθ. ... 44
Tabela 4. Resultados de coesão e ângulo de atrito na condição natural e inundada (Raimundo, 2002; Beviláqua, 2004, Santos 1997; Meirelles e Davison Dias, 2004; Davison Dias, 1987, Bastos, 1991 e 1999 e os valores obtidos por esta tese)... 49
Tabela 5. Classificação de deslizamentos (Augusto Filho, 1992). ... 51
Tabela 6 - Classificação e a respectiva Codificação Brasileira de Desastres (COBRADE) ... 62
Tabela 7. Classificação dos desastres em relação à intensidade ... 66
Tabela 8. Classes de vulnerabilidade pelo método IPT (1991). ... 73
Tabela 9. Critérios para determinação dos graus de risco ... 74
Tabela 10. Classificação de Perigo, segundo Souza et al. (2009) ... 78
Tabela 11. Pesos e graus de vulnerabilidade determinados ... 88
Tabela 12. Pesos dos fatores de vulnerabilidade selecionados ... 89
Tabela 13. Exemplo de variáveis e graus do fator físico-ambiental para vulnerabilidade a deslizamentos. ... 89
Tabela 14. Variáveis e graus do fator Infraestrutura urbana e ocupação do solo ... 92
Tabela 15. População e Unidades Habitacionais das comunidades do Saco Grande ... 107
Tabela 16. Perfil socioeconômico ... 108
Tabela 17. Pontos de coletas de solo, suas respectivas coordenadas e unidades geotécnicas. ... 127
Tabela 18. Dados de entrada do modelo SHALSTAB ... 133
Tabela 19. Classes de relevo segundo o Sistema Brasileiro de Classificação dos Solos. ... 136
Tabela 20. Classes de vulnerabilidade pelo método IPT. ... 145
Tabela 21. Pesos e graus de vulnerabilidade determinados. ... 147
Tabela 22. Abrangência das unidades geotécnicas na bacia hidrográfica do Saco Grande. ... 150 Tabela 23. Abrangência das unidades geotécnicas na área de estudo 155
Tabela 25. Parâmetros obtidos no ensaio de cisalhamento direto. ... 162 Tabela 26. Resultados dos mapas de suscetibilidade à deslizamentos
rasos em área (m²) ... 169 Tabela 27. Resultados dos mapas de suscetibilidade à deslizamentos
rasos em porcentagem (%) ... 169 Tabela 28. Resultado das vulnerabilidades pelo método IPT, SP. ... 175 Tabela 29. Resultado das vulnerabilidades pelo método CEPED
(UFSC). ... 179 Tabela 30. Percentual das áreas Vulneráveis pelo método CEPED
(UFSC) distribuidas Espacialmente por Krigagem. ... 183 Tabela 31. Percentual das áreas Vulneráveis pelo IPT, distribuídas
APP - Área de Preservação Permanente
ArcGIS - software para ambiente SIG da empresa Esri. BD - Banco de Dados
Cde - Cambissolo substrato depósito de encostas
CENAD - Centro Nacional de Gerenciamento de Riscos e Desastres Cg - Cambissolo substrato de Granito
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente CPRM - Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais EMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ESRI - Instituto de Pesquisa de Sistemas Ambientais dos EUA GPS - Global Positioning System
GRRD - Gestão de Redução de Risco de Desastres Gsq - Glei substrato de sedimentos quaternários IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas
IPUF - Instituto de Planejamento Urbano de Florianópolis MDT - Modelo digital do terreno
MI - Ministério da Integração Nacional
PMRR -
Planos Municipais De Redução de Riscos
PVg - Podzólico Vermelho-Amarelo substrato de granito RRD - Redução de Risco de Desastre
SDS - Secretaria de Estado do Desenvolvimento Sustentável (SC) SEDEC - Secretaria Nacional de Proteção e Defesa Civil
SGDB - Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados SHALSTAB - Shallow Landslide Stability Analisy SIG - Sistemas de Informações Geográficas
SMsq - Solos de Mangue substrato sedimentos quaternários TIN - Triangular Irregular Network
UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina UNESP - Universidade Estadual Paulista ZEE - Zoneamento Ecológico-Econômico
W = índice de umidade do solo; Q = intensidade da chuva (mm); T = transmissividade do solo (m²/dia);
a = área de contribuição ou área drenada a montante (m²); b = comprimento de contorno unitário (resolução do grid em m); θ = declividade local (em graus);
h = altura da coluna de água no subsolo (m); z = espessura do solo (m);
C’ = coesão do solo (kpa);
g = aceleração da gravidade (m/s²); ρs = densidade do solo (kg/m³); ρw = densidade da água (kg/m³); Ø = ângulo de atrito do solo (em graus);
c = coesão;
ф = ângulo de atrito interno;
σ = tensão normal do plano de ruptura; Τf = resistência ao cisalhamento; c’ = intercepto coesivo efetivo; ϕ’ = ângulo de atrito efetivo; σ´ = tensão efetiva;
1 INTRODUÇÃO ... 27 1.1 OBJETIVOS ... 30 1.1.1 Objetivo Geral ... 30 1.1.2 Objetivos Específicos ... 30 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 31 2.1 SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS – SIG .. 31 2.2 BANCO DE DADOS ... 32 2.3 BANCO DE DADOS GEOTÉCNICO ... 35 2.4 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO ... 35 2.4.1 Metodologia de Mapeamento Geotécnico e
Comportamento Geomecânico de Grandes Áreas Usada no Sul do Brasil (UFRGS)... 37 2.5 MODELO SHALSTAB ... 41 2.5.1 Modelo Hidrológico de Estado Uniforme ... 42 2.5.2 Modelo de Estabilidade de Encosta Infinita ... 42 2.5.3 Combinação dos Modelos ... 43 2.5.4 Limitação do Modelo ... 45 2.6 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO ... 46 2.6.1 Parâmetros de Resistência dos Solos ... 48 2.7 MOVIMENTOS DE MASSA ... 50 2.7.1 Definições ... 50 2.8 ESCORREGAMENTOS OU DESLIZAMENTOS ... 50 2.8.1 Tipos de Deslizamentos ... 51 2.8.1.1 Rastejos ... 52 2.8.1.2 Escorregamentos (Deslizamentos) ... 52 2.9 CONDICIONANTES E CAUSAS DOS DESLIZAMENTOS58 2.9.1 Medidas de Prevenção ... 60 2.10 DESASTRES NATURAIS ... 60 2.10.1 Classificação ... 61 2.10.1.1. Classificação Quanto à Tipologia ... 61 2.11 ANÁLISE E MAPEAMENTO DE RISCO DE
2.11.1.1 Elementos Geométricos Básicos do Talude ... 70 2.11.1.2 Ações de Controle ... 70 2.11.1.3 Análise de Riscos ... 71 2.11.1.4 Proposta de Método para Mapeamento IPT (1991) ... 72 2.11.1.5 Determinação do Grau de Probabilidade de Ocorrência do
Processo ou Risco. ... 73 2.11.2 Conceitos Básicos de Avaliação de Perigo e Risco segundo
IPT (SP)... 77 2.11.2.1 Mapa de Perigo ... 80 2.11.2.2 Métodos Empíricos ... 81 2.11.2.3 Métodos Probabilísticos ... 82 2.11.2.4 Métodos Determinísticos ... 82 2.11.2.5 Mapa de Risco de Escorregamentos ... 82 2.12 METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE
VULNERABILIDADES PARA MAPEAMENTO DE ÁREAS SUSCETÍVEIS A DESLIZAMENTOS DE SOLO CEPED (2014). ... 84 2.12.1 Histórico ... 84 2.12.2 Vulnerabilidade a Desastres ... 85 2.12.3 Metodologia Geral... 86 2.12.4 Elaboração da Metodologia de Avaliação da
Vulnerabilidade em Áreas Suscetíveis a Deslizamentos de Solo ... 87 2.12.5 Variáveis utilizadas a partir da coleta de campo para
produção de mapas pontuais de vulnerabilidade, por setor de risco do CPRM ... 93 2.12.6 Definição do Método Amostral para Análise de
Vulnerabilidades. ... 93 2.12.7 Análise das Informações e Elaboração dos Produtos ... 97 2.13 GESTÃO DE REDUÇÃO DE RISCO DE DESASTRES ... 97 2.13.1 A Gestão Integrada de Redução de Risco de Desastres e a
Estratégia do Marco de Hyogo... 98 2.13.2 Gerenciamento de Desastres Naturais ... 98
3 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ... 103 3.1 USO E OCUPAÇÃO DO SOLO ... 104 3.2 CLIMA ... 104 3.3 GEOLOGIA DA BACIA ... 104 3.4 ÁREAS DE RISCO DE DESLIZAMENTOS ... 107 3.5 CARACTERIZAÇÃO SOCIOECONÔMICA DA ÁREA ... 107 3.6 PERFIL SOCIOECONÔMICO DOS CHEFES DE
FAMÍLIAS ... 108 3.7 MORRO DO VINO E MORRO DO ATANÁSIO
(COMUNIDADE DO SOL NASCENTE) ... 109 4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 115 4.1 LEVANTAMENTO DE DADOS PREEXISTENTES ... 116 4.2 TRANSFERÊNCIA DOS ARQUIVOS PARA AMBIENTE
SIG ... 117 4.3 MODELO DIGITAL DO TERRENO (MDT) ... 117 4.4 ORTOFOTOS ... 121 4.5 EXTRAÇÃO DAS CURVAS DE NÍVEL ... 122 4.6 MAPA GEOTÉCNICO ... 123 4.7 CADASTRO E MAPEAMENTO DAS UNIDADES
HABITACIONAIS DA ÁREA DE ESTUDO ... 124 4.7.1 Definição dos pontos de coletas de solo... 126 4.8 ENSAIOS LABORATORIAIS ... 131 4.8.1 Coleta das amostras de solo ... 131 4.8.2 Ensaios de Resistência ao cisalhamento dos Solos ... 131 4.9 APLICAÇÃO DO MODELO SHALSTAB ... 132 4.9.1 Elaboração dos Mapas Insumos ... 134 4.10 ANÁLISES DE VULNERABILIDADES DAS
HABITAÇÕES... 144 4.10.1 Análises de Vulnerabilidades pelos métodos IPT e
CEPED ... 145 5 RESULTADOS E ANÁLISES ... 149 5.1 MAPA GEOTÉCNICO ... 149 5.2 MAPA GEOTÉCNICO ÁREA DE ESTUDO ... 151
5.3 RESULTADOS LABORATORIAIS... 158 5.3.1 Ensaio de Resistencia ao Cisalhamento ... 158 5.4 MAPEAMENTO DA SUSCETIBILIDADE A
DESLIZAMENTOS RASOS ... 163 5.5 ANÁLISE E AVALIAÇÃO DAS VULNERABILIDADES
PELOS DOIS DIFERENTES MÉTODOS PROPOSTOS NA PESQUISA (CEPED, UFSC E IPT, SP). ... 171 5.6 KRIGAGEM ... 180 5.7 COMPARAÇÃO ENTRE OS RESULTADOS DE
SUSCETIBILIDADE (PIOR CASO) E O MAPA DE VULNERABILIDADE PELO MÉTODO DO CEPED
(UFSC) ... 188 6 CONCLUSÕES ... 191 6.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 194
REFERÊNCIAS ... 197 ANEXO A – FICHA (ROTEIRO) DE CAMPO PARA ANÁLISE DE VULNERABILIDADES CEPED 2014. .... 208 ANEXO B- TIN DA ÁREA DE ESTUDO. ... 214 ANEXO C – TABELA DE ATRIBUTOS, BANCO DE DADOS GEOAMBIENTAL EM SIG ... 216
1 INTRODUÇÃO
A intensa expansão da urbanização que vem ocorrendo de maneira desordenada e sem controle em todo o país, tem ocasionado grandes degradações ambientais, as quais podem ser percebidas com os frequentes desmatamentos e ocupações de áreas de encostas.
Nas últimas décadas, as áreas urbanas instaladas em regiões montanhosas têm sido cada vez mais afetadas por movimentos de massa ao longo das encostas. Estes movimentos são fenômenos naturais, que podem ser acelerados pela ação humana. Quando ocorrem em áreas urbanizadas, podem se tornar um problema, causando mortes e enormes prejuízos materiais e consequentemente prejuízos financeiros.
As situações de risco se acentuam principalmente pelas ocorrências de episódios pluviais intensos, muitas das quais são provenientes da ocupação humana em áreas suscetíveis a riscos naturais, favorecendo os deslizamentos nas áreas íngremes (CRISTO; HERMANN, 2004).
Os fenômenos naturais, especialmente aqueles que se referem a movimentos de massa associados a condicionantes hidrológicos, ou seja, as dinâmicas da água no solo e na rocha comumente geram danos à sociedade. Quando tais fenômenos são responsáveis por perdas sociais ou econômicas podem ser denominados desastres naturais (KOBIYAMA; REGINATTO; MICHEL, 2010).
Nas últimas décadas, o número de registro de desastres naturais em várias partes do mundo vem aumentando consideravelmente. Isto se deve, principalmente, ao aumento da população, a ocupação desordenada e ao intenso processo de urbanização e industrialização (KOBIYAMA et al., 2006).
Dentre os principais fatores que contribuem para desencadear estes desastres nas áreas urbanas destacam-se a impermeabilização do solo, o adensamento das construções, a conservação de calor e a poluição do ar.
Segundo Kobiyama et al. (2006), estes desastres que tanto influenciam as atividades humanas vêm historicamente se intensificando devido ao mau gerenciamento das bacias hidrográficas, especialmente pela falta de planejamento urbano. Além disso, o aquecimento global tem aumentado a frequência e a intensidade das adversidades climáticas, como precipitações extremas, vendavais, granizos entre outros fenômenos que acarretam no aumento da incidência de desastres naturais.
Segundo Alcántara-Ayala (2002), a ocorrência dos desastres naturais está ligada não somente à suscetibilidade dos mesmos, devido às características geoambientais, mas também à vulnerabilidade do sistema social sob impacto, isto é, o sistema econômico, social, político e cultural. Normalmente, os países em desenvolvimento como o Brasil, não possuem uma boa infraestrutura, sofrendo mais com os desastres do que os países desenvolvidos, principalmente quando relacionado com o número de vítimas.
Vanacker et al. (2003) também mostraram que em países em desenvolvimento, o perigo devido a desastres naturais está aumentando. O aumento da pressão populacional, a especulação imobiliária e o desenvolvimento econômico (má distribuição de renda) forçam cada vez mais a população, em especial a de baixa renda, a mudar para as áreas de risco, as quais são menos adequadas para agricultura e para o adensamento populacional, aumentando a vulnerabilidade local.
De modo geral, vulnerabilidade expressa o grau das possíveis perdas ou os possíveis danos a pessoas, bens, instalações e em meio ambiente que podem transcorrer da ameaça de um determinado fenômeno. Em situação de desastres, implica também na capacidade de proteger-se e de recuperar-se das suas consequências sem ajuda externa. Relaciona-se a um conjunto de fatores, entre eles: sociais, econômicos, físicos e ambientais (BRAUCH, 2005).
O estudo da vulnerabilidade aos desastres é um aspecto da avaliação do risco, pois o risco é produto da suscetibilidade a um fenômeno perigoso (ameaça) específico atrelado à vulnerabilidade local. Em se tratando de ambientes urbanos, ressalta-se que as vulnerabilidades se encontram territorializadas, ou seja, cada local da cidade possui suas próprias características, que vão determinar sua vulnerabilidade e guiar as respostas de prevenção em face dos perigos. Assim sendo, a avaliação deve ser realizada in loco a partir da aplicação de instrumentos de pesquisa (MENDONÇA; LEITÃO, 2008).
As ações integradas entre comunidade e universidades são fundamentais para que os efeitos dos desastres naturais sejam minimizados. A universidade tem um papel fundamental contribuindo na compreensão dos mecanismos dos desastres naturais através do monitoramento, diagnóstico e modelagem. Estas informações devem ser repassadas à sociedade, que, de forma organizada, precisa agir para minimizar os danos provocados pelos desastres, com auxílio dos órgãos municipais de defesa civil (KOBIYAMA et al., 2006).
Na tentativa de solucionar ou ao menos amenizar tais problemas, um número cada vez maior de estudos de suscetibilidade a movimentos
de massa em áreas urbanas tem sido desenvolvido. Estes estudos têm por objetivo delimitar áreas mais suscetíveis à ocorrência de movimentos, a partir da análise de suas causas e mecanismos, os quais estão relacionados ao volume e frequência das precipitações, à estrutura geológica das encostas, aos materiais envolvidos, às formas de relevo e às formas de uso da terra (CRISTO; HERMANN, 2004).
Do ponto de vista ambiental e de planejamento urbano, existe a preocupação de que haja um crescimento e ocupação urbana direcionada para áreas mais aptas de ocupação.
Com o aumento progressivo dos problemas relacionados à degradação do ambiente local, principalmente nas áreas ocupadas pela urbanização, torna-se necessária a realização de pesquisas que contribuam para melhoria da relação homem e meio físico, evitando-se o agravamento da situação provocada pelo uso inadequado do solo.
Assim é importante o conhecimento de características relativas à estabilidade e resistência dos solos, assim como avaliar a vulnerabilidade de cada local em particular.
Segundo Higashi (2002), para agilizar o processo de análise do meio físico (suscetibilidade) e das vulnerabilidades, é de extrema importância que um sistema computacional seja estruturado com dados geoambientais atualizados que possibilitem uma análise crítica mais rápida da situação presente.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo Geral
O objetivo geral desse trabalho é analisar, mapear e comparar os resultados por dois métodos distintos às vulnerabilidades físicas-ambientais de infraestrutura de uso e ocupação do solo em áreas suscetíveis a deslizamentos translacionais rasos, no bairro Saco Grande em Florianópolis, Comunidade do Sol Nascente.
1.1.2 Objetivos Específicos
Os objetivos especificos deste trabalho são:
Estudar e delimitar as unidades geotécnicas da área de estudo, verificando as ocorrências e identificando a ocupação em cada unidade;
Modelar a base cartográfica digital da área de estudo por meio de técnicas de geoprocessamento
Mapear o relevo bem como declividade e altitude nas unidades geotécnicas da área de estudo;
Desenvolver um banco de dados espacial em Sistemas de Informações Geográficas (SIG) juntamente com a elaboração de diversos mapas temáticos para a tomada de decisão;
Mapear as classes de suscetibilidades a deslizamentos rasos presentes bem como analisá-las em diferentes cenários;
Gerar mapas de suscetibilidade a deslizamentos rasos pelo modelo matemático SHALSTAB em diferentes profundidades; Verificar e mapear as análises de vulnerabilidades da área de
estudo por dois diferentes métodos;
Analizar e espacializar os resultados pontuais de vulnerabilidade utilizando o método geoestatístico de krigagem na geração de mapas;
Disponibilização de um banco de dados espacial digital com todas as informações cartográficas de vulnerabilidade e suscetibilidade da área de estudo.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo serão introduzidos os fundamentos teóricos necessários para o embasamento do trabalho. Foram selecionados oito temas, tendo em vista a importância de cada um. Sendo eles: sistema de informações geográficas (SIG), mapeamento geotécnico, modelo SHALSTAB (Shallow Landslide Stability Analisy - análise de estabilidade de deslizamentos rasos), ensaio de cisalhamento direto, movimentos de massa, desastres naturais, vulnerabilidades e Krigagem.
2.1 SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS – SIG
As constantes modificações da paisagem, bem como as diferentes necessidades sobre as informações da superfície requeridas por diversos usuários, conduzem a utilização de sistemas computadorizados que aperfeiçoam a produção e atualização de mapas.
Com o desenvolvimento simultâneo, na segunda metade do século passado, de tecnologia de informação, tornou-se possível armazenar e representar tais informações em ambiente computacional, abrindo espaço para o surgimento do geoprocessamento.
O termo geoprocessamento abrange a disciplina do conhecimento que utiliza técnicas temáticas e computacionais para o tratamento da informação geográfica e que vem influenciando de maneira crescente as áreas de Cartografia, Análise dos Recursos Naturais, Geotecnia, Transportes, Comunicação, Energia e Planejamento Urbano e Regional.
A ferramenta computacional para o Geoprocessamento, chamada de Sistema de Informações Geográficas (SIG), permite análises complexas, ao integrar dados de diversas fontes e ao criar banco de dados georreferenciados, tornando ainda, possível automatizar a produção de documentos cartográficos (HIGASHI, 2002).
Huxhold (1991 apud HIGASHI, 2006) diz que a finalidade de um SIG tradicional é primeiramente e acima de tudo a análise espacial. Portanto, a captura dos dados e produção cartográfica podem ser limitadas. A capacidade de análise dos dados apóia tipicamente a tomada de decisões para projetos específicos e/ou áreas geográficas limitadas.
Segundo Tomlin (1990, apud HIGASHI, 2006), um sistema de informações geográficas é um recurso para preparar, apresentar e interpretar fatos relativos à superfície da terra. Um sistema de informação geográfica ou SIG é uma configuração de hardware e
software desenvolvida especificamente para a aquisição, manutenção e uso de dados cartográficos.
De acordo com o Instituto de Pesquisa de Sistemas Ambientais dos EUA (ESRI – 1992, [s.p.]), um SIG é “um conjunto organizado de hardware e software de dados geográficos e pessoais, destinados a eficientemente obter, armazenar, atualizar, manipular, analisar e exibir todas as formas de informação geograficamente referenciadas”.
O surgimento do primeiro SIG, que se obteve conhecimento, foi no ano de 1964 no Canadá (Canadá Geographic Information System) através de Roger Tomlinson.
Entre o final da década de 80 e o início da década de 90, houve um crescimento muito rápido das aplicações dos SIG’s, o que se deve em parte, ao advento e á disseminação do microcomputador pessoal (personalcomputer), além da introdução de tecnologia de relativo baixo custo e alta capacidade de desempenho.
Segundo Antenucci et al. (1991), o Comitê Federal de Coordenação Interagencias dos Estados Unidos define um SIG como um sistema de hardware, software e procedimentos, projetado para apoiar a captura, gerenciamento, manipulação, análise e apresentação de dados, referenciados espacialmente, para a solução de problemas complexos de planejamento e gerenciamento.
Segundo Silva (1994 apud HIGASHI, 2002), um SIG utiliza funções para ponderação de fatores nos cruzamentos de informações e mapas, permitindo a simulação de cenários em análises de risco, suscetibilidade e potencialidades.
Sistema de informações geográficas: É definido como o conjunto de programas de computador que processam dados de natureza espacial (exemplos: os CEPs, os números de telefone, os bairros, os municípios, banco de dados, mapas, etc.). Permitindo a realização de analises complexas ao integrar dados de diversas fontes e ao criar bancos de dados georreferenciados. Torna possível, ainda, automatizar a produção de documentos cartográficos.
Em resumo, os SIGs “são sistemas voltados à aquisição, análise armazenamento, manipulação e apresentação de informações espaciais.” (OGURA et al., 2007, p. 115).
2.2 BANCO DE DADOS
Um banco de dados espacial é uma coleção de entidades referenciadas espacialmente que atuam como modelo da realidade. Todo
modelo de dados, seja analógico ou digital, deve transparecer a perspectiva do seu projetista (PAREDES, 1994).
Um sistema de banco de dados consiste em uma coleção de dados inter-relacionados e uma coleção de programas para prover o acesso a estes dados. Devido ao grande volume de dados envolvidos em uma determinada operação, os sistemas de banco de dados foram concebidos com o objetivo de gerenciar tais quantidades de informação (MAFRA JÚNIOR, 2007).
O sistema de banco de dados envolve quatro componentes principais: Dados, Hardwares, softwares e usuário como mostram a Figura 1.
Figura 1. Representação simplificada de um Sistema de Banco de Dados
Fonte: GTC (2010).
Bancos de dados são considerados estruturas que armazenam registros de forma integrada ou partilhada, permitindo que dados individuais sejam utilizados por diferentes programas e também a combinação de vários conjuntos de dados (PAREDES, 1994).
Para o gerenciamento dos dados no banco de dados existem softwares conhecidos como Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGDB), cujo objetivo principal é prover um ambiente que seja adequado e funcional para uso na recuperação e armazenamento de dados (MAFRA JÚNIOR, 2007).
Um banco de dados com escala adequada para os resultados, com dados precisos e de confiabilidade representam aspectos do mundo real. Assim sendo uma base de dados (ou Banco de Dados, BD) é uma fonte de onde se pode extrair uma vasta gama de informações derivadas, que
possui um nível de interação com eventos do mundo real que representa (HIGASHI, 2002).
Lista-se de uma maneira geral, algumas vantagens na utilização de banco de dados:
Densidade: não há necessidade de arquivo de papel, quase sempre volumosos;
Velocidade: as consultas podem ser respondidas com rapidez sem qualquer necessidade de pesquisas manuais ou visuais demoradas;
Dados Atualizados: Informações precisas e atualizadas disponíveis a qualquer momento sob consulta;
Dados compartilhados: o compartilhamento significa não apenas que as aplicações existentes podem compartilhar os dados dos bancos de dados, mas também podem ser desenvolvidas novas aplicações para operar sobre os mesmos dados;
Atualização: facilidade de inclusão e atualização de dados continuamente.
Vantagens e Desvantagens relacionadas à quantidade e qualidade de informações contidas, dos sistemas de banco de dados:
Redução do problema de inconsistências em informações armazenadas. Por exemplo, endereços diferentes em departamentos diferentes para o mesmo cliente;
Manutenção de integridade de dados;
Podem ser armazenadas informações sobre o significado ou interpretação dos dados no banco de dados;
Os dados têm que seguir modelos prescritos, regras, padrões, etc.; No caso geográfico, é fácil achar registro dado seu nível geográfico (estado, município, cidade), mas difícil achar para outro atributo qualquer;
O uso efetivo de soluções de administração de banco de dados requer um nível alto de conhecimento de estrutura interna por parte do usuário (GOODCHILD; KEMP 1990 apud HIGASHI, 2006).
2.3 BANCO DE DADOS GEOTÉCNICO
Para a utilização do sistema de informações geográficas foi necessário relacionar informações da área de estudo a um banco de dados geotécnico, para que fosse possível a melhor caracterização de uma determinada área através do SIG. A estruturação de um banco de dados geotécnico é de grande importância para armazenar dados e informações, para assim facilitar a comparação entre várias propriedades geológicas, pedológicas, geotécnicas e ambientais observadas em uma determinada localidade, além da elaboração de mapas temáticos.
Um banco de dados geotécnico além de permitir o desenvolvimento de relações, pode resultar em uma maior compreensão do comportamento de um determinado ambiente quando empregado em conjunto a um SIG (HIGASHI, 2006).
Um mapa geotécnico é definido como sendo um mapa geológico que representa todos os componentes de importância para o planejamento do uso do solo e para projetos. Trata-se de um trabalho multi e interdisciplinar, envolvendo geologia, pedologia, engenharia civil, arquitetura e urbanismo, climatologia e outros (MAFRA JÚNIOR, 2007).
2.4 MAPEAMENTO GEOTÉCNICO
De acordo com a UNESCO (1976 apud HIGASHI, 2006), Mapa Geotécnico é um tipo de mapa geológico que representa todos os componentes de significância para o planejamento do uso do solo e para projetos, construções e manutenção quando aplicados à engenharia.
Na Alemanha, os primeiros mapas geotécnicos surgiram em 1913. Na França são elaboradas cartas de fatores, que apresentam documentação, hidrogeologia, materiais de cobertura, geomorfologia e as cartas de aptidão para fundações, materiais de construção e escavabilidade, entre outras.
Nos Estados Unidos, são elaborados mapas de observação com subsídios técnicos básicos, mapas de engenharia com informações para técnicos especializados, mapas interpretativos que se destinam ao usuário não especializado e mapas de planejamento que atendem às necessidades do planejador do uso do solo, do empreiteiro e do público em geral.
Na Inglaterra, os mapas geotécnicos além das informações qualitativas, apresentam dados quantitativos, pois, na sua maioria, são voltados para a engenharia civil.
Os trabalhos de mapeamento geotécnico surgiram, em função das diferentes necessidades de cada país, para representar aspectos qualitativos e quantitativos do meio físico.
No Brasil, a cartografia geotécnica iniciou-se entre as décadas de 60 e 70 e teve seu desenvolvimento intensificado na década de 80. Diferentes metodologias têm sido propostas para as condições brasileiras (HIGASHI, 2002).
O mapa geotécnico é instrumento de gestão territorial, na medida em que estabelece um zoneamento do solo, subdividindo-o em unidades diferenciadas, segundo critérios relativos ao meio físico. Cada unidade geotécnica requer um tratamento específico para seu uso, visando evitar problemas decorrentes da ocupação inadequada, aproveitar melhor suas características e gerar um desenvolvimento sustentado do meio físico (ZUQUETTE, 1987).
Higashi (2006) define o mapeamento geotécnico como uma metodologia, que orienta a construção de um mapa onde são representadas as principais características geomecânicas do solo, que pode ser utilizado na previsão de seu comportamento, possibilitando a aplicação em projetos ambientais e de engenharia.
O mapa geotécnico, ou seja, o produto resultante do mapeamento geotécnico deve ter aplicação direta com a ocupação do meio físico, ressaltando potenciais e problemas devidos à exploração das variedades geotécnicas, sem agredir ao meio ambiente (MAFRA JÚNIOR, 2007).
Segundo Higashi (2006) a aplicação do mapeamento geotécnico tem sido realizada em diferentes áreas, como no planejamento territorial, erosão, estabilidade de encostas, estudo de compressibilidade de solos, de materiais para pavimentação e mapas geoambientais. No estudo da estabilidade de encostas, o mapeamento geotécnico é considerado uma importante ferramenta geradora de subsídios para atuar na identificação dos fatores e processos envolvidos, buscando representar de forma gráfica a caracterização do ambiente físico e do comportamento geomecânico dos solos e, assim, a distribuição espacial dos movimentos de massa utilizando Sistemas de Informações Geográficas (SIG).
A qualidade dos mapas geotécnicos pode ser afetada por muitos fatores. Pode-se destacar (ZUQUETTE; GANDOLFI 1990 apud RODRIGUES, 2008):
i. Grau de complexidade das condições geotécnicas: diz respeito à variedade de características da área analisada, como tipos de materiais encontrados, estruturas geológicas, estruturas pedológicas, geomorfologia, entre outras;
ii. Escala do mapa: a escala adotada que limita a investigação para a região;
iii. Número de pontos documentados: depende da escala, da finalidade do projeto e da precisão requerida;
iv. Tipo de carta geotécnica: o mapa geotécnico deve ser elaborado de acordo com a finalidade do trabalho;
v. Tamanho e forma da área: está relacionada ao custo, tempo, quantidade de profissionais envolvidos e número de ensaios. A partir da década de 90 até hoje foram realizadas discussões, aprimoramentos, consolidação e divulgação de novos trabalhos relacionados à área. O que se carece é a conscientização das instituições governamentais acerca da importância do mapeamento geotécnico para gerenciamento e planejamento urbano das cidades brasileiras (MAFRA JÚNIOR, 2007).
Nesta pesquisa foi utilizado o mapa geotécnico do município de Florianópolis na escala 1:50.000, elaborado por Santos (1997). O método utilizado para a elaboração do mesmo é baseado na metodologia da UFRGS, o qual está descrito a seguir.
2.4.1 Metodologia de Mapeamento Geotécnico e Comportamento Geomecânico de Grandes Áreas Usada no Sul do Brasil (UFRGS)
A metodologia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) foi desenvolvida pelo grupo de Geotecnia, principalmente por pesquisas realizadas nas décadas de 1980 e 90 por Regina Davison Dias, professora da universidade na época.
O mapeamento geotécnico e o comportamento geomecânico de grandes áreas são necessários para aperfeiçoar o uso e ocupação do solo urbano e regional. O subsolo brasileiro apresenta aspectos particulares devido ao clima tropical e subtropical. As chuvas intensas e as elevadas temperaturas, através do processo de hidrólise transformam as rochas, principalmente as mais fraturadas, em grandes espessuras de solo, com camadas de diferentes comportamentos frente ao uso e ocupação dos subsolos (DAVISON DIAS, 2002).
Segundo Higashi (2002), esta metodologia foi desenvolvida para mapeamento geotécnico de grandes áreas situadas em regiões de clima subtropical e tropical, como o Brasil, por exemplo. O objetivo da metodologia, de forma resumida, é prever o comportamento do solo de uma unidade geotécnica, relacionando-o com a sua origem.
Mafra Júnior (2007) explica o funcionamento da metodologia. Segundo o autor, ela é baseada na Pedologia e Geologia, sendo que outros fatores, como hidrografia, geomorfologia, zoneamento de uso dos solos, entre outros, devem ser levados em consideração. Saídas a campo, obtenção ou realização de ensaios geotécnicos devem ser adicionados ao conjunto de informações existentes, formando a base do mapeamento geotécnico. Terminado o levantamento das informações, a metodologia determina que os mapas geológico e pedológico devem ser cruzados, definindo as unidades geotécnicas preliminares. Com isso, uma análise conjunta com os outros fatores do meio físico citados anteriormente deve ser feita.
Segundo Davison Dias (1995) o monitoramento geotécnico de bacias hidrográficas, usando geoprocesamento auxilia antever perigos e riscos associados aos processos de erosão e instabilização de encostas.
As unidades geotécnicas geradas com base nesta metodologia estão baseadas na pedologia, geologia e topografia (HIGASHI, 2002). A Figura 2 demonstra a origem do nome de uma unidade geotécnica.
Figura 2. Princípios básicos da metodologia da UFRGS
+ =
Fonte: Mafra Júnior (2007).
A Figura 3 explica a metodologia. O autor ressalva afirmando que o resultado obtido deve ser avaliado em conjunto com a realização de saídas de campo e dados de ensaios geotécnicos.
Figura 3. Simbologia de unidades geotécnicas.
Fonte: Davison Dias (1987 apud HIGASHI, 2002).
As letras maiúsculas “XYZ” correspondem à classificação pedológica dos horizontes superficiais (horizonte A e B) e as minúsculas “xyz” são identificadoras da geologia caracterizando os horizontes C, RA e R. Na classificação geológica é utilizada a rocha dominante. No caso de haver mais de uma litologia dominante no material do substrato, adotam-se siglas destas litologias em letras minúsculas separadas por vírgulas (HIGASHI, 2002).
As Tabelas 1 e 2 representam a simbologia das classes pedológicas e geologia, de acordo com a metodologia usada no sul do Brasil.
Tabela 1. Simbologia simplificada das classes pedológicas.
Sigla Classificação Sigla Classificação
A Aluviais P Podzóis
Indiscriminados
AQ Areias Quartzosa PB Podzólico Bruno-Acinzentado
B Brunizem PE Podzólico
Vermelho-Escuro
BT Brunizem Vértico PL Planossolo
C Cambissolo PLV Planossolo Vértico
CB Cambissolo Bruno PLP Planossolo Plínico
GH Glei PT Plintossolo
HO Solo Orgânico PV Podzólico
Vermelho-Amarelo
LA Latossolo Amarelo R Lítolico
LB Latossolo Bruno TR Terra Roxa Estruturada
LBC Latossolo Bruno Cambico TB Terra Bruna-Estruturada
LBR Latossolo Bruno-Roxo TBR Terra Bruna-Roxa
LE Latossolo Vermelho-Escuro
TBV Terra Bruna Podzólica
LR Latossolo Roxo V Vertissolo
LV Latossolo Vermelho-Amarelo Latossolo Vermelho-Amarelo Fonte: Davison Dias (2001 apud HIGASHI, 2002).
Tabela 2. Simbologia simplificada das Classes Litológicas Sigla Classificação Sigla Classificação
a Arenito g Granito ag Argilito gl Granulito na Andesito gn Gnaisse ar Ardósia gd Granitoide b Basalto ma Mármore br Brecha p Pelito c Conglomerado q Quartzito ca Calcáreo r Riolito cm Complexo Metamórfico* si Sienito cr Carvão s Siltito d Diorito sq SedimentosQuaternários
da Dacito st Sedimentos Terciários
f Folheto x Xisto
Fonte: Davison Dias (2001 apud HIGASHI, 2002).
* Complexo formado por várias rochas metamórficas de difícil individualização.
O Monitoramento Geotécnico de grandes áreas usando geoprocessamento auxilia:
Antever perigos e riscos associados aos processos de erosão e instabilização de encostas;
Com consequência assoreamento, inundações e desestabilização das regiões costeiras e fluviais.
As recuperações dos danos geotécnicos são difíceis e onerosos. Recuperação dos deslizamentos de grandes massas, corridas de lama, rastejo, queda de blocos, rompimento de estruturas de retenção, recalques de prédios, rompimento de canalizações, erosões de grandes áreas, assoreamento dos rios, córregos e lagoas, com consequentes inundações e contaminações dos solos e da água, são exemplos de danos geotécnicos (DAVISON DIAS, 2002).
2.5 MODELO SHALSTAB
O modelo Shallow Landslide Stability Analisys ou SHALSTAB é aplicado na análise de estabilidade de deslizamentos rasos.
O SHALSTAB compõe um modelo eficiente na previsão e simulação de áreas suscetíveis a escorregamentos translacionais, incorporando, em suas análises, parâmetros topográficos, hidrológicos e propriedades do solo. Foi desenvolvido com base em estudos de Montgomery e Dietrich (1994), sendo implementado por estes autores no ano de 1998, em linguagem AML (ArcInfo Macro Language), o que possibilita a sua utilização em softwares de geoprocessamento do tipo ArcInfo (DIETRICH; MONTGOMERY, 1998).
A sua fundamentação matemática é composta por dois módulos: um hidrológico e outro de estabilidade de encosta. O módulo hidrológico é baseado nos estudos realizados por Beven e Kirkby (1979) e O’Loughlin (1986) e objetiva identificar as zonas de saturação no relevo. O módulo de estabilidade de encostas procede da teoria da estabilidade de taludes infinitos, considerando o critério de ruptura de Mohr-Coulomb (MONTGOMERY; DIETRICH, 1994).
O SHALSTAB utiliza um SIG como ferramenta de elaboração de mapas tornando possível a espacialização dos dados, no entanto, a definição dos locais é tarefa do modelo matemático. Segundo Dietrich e Montgomery (1998), o modelo calcula o grau de suscetibilidade a escorregamentos translacionais para cada célula (pixel) dentro de uma malha (grid), obtida a partir de um MDE.
Fernandes et al. (2001) destacam que uma das principais características deste modelo é considerar a topografia da área de estudo como fator determinante na deflagração dos escorregamentos. Sendo assim, o modelo incorpora em suas análises a declividade e a área de contribuição da bacia de forma espacializada, contudo, as variáveis referentes ao solo (coesão, ângulo de atrito, densidade e espessura) são mantidas constantes ao longo da área. Os mesmos autores mencionam que muitas metodologias de previsão de risco e ou suscetibilidade a esse tipo de movimento de massa desconsideram a área de contribuição.
Conforme Fernandes et al. (2001), o modelo hidrológico de estado uniforme é responsável pelo balanço entre a concentração e a transmissão da água no solo caracterizando, em última análise, os locais na paisagem que estarão submetidos à saturação. O modelo de estabilidade de encosta infinita simula a estabilidade de uma porção de solo situada diretamente sobre embasamento rochoso. Para os autores, parâmetros topográficos (declividade, área de contribuição), climáticos
(precipitação), propriedades do solo (espessura, densidade, condutividade hidráulica saturada) e parâmetros de resistência ao cisalhamento do solo (coesão e ângulo de atrito) devem ser analisados em conjunto aos dois modelos.
Todo esse processo deve ser realizado para cada célula do grid (pixel), o qual é obtido através do modelo digital do terreno.
2.5.1 Modelo Hidrológico de Estado Uniforme
Segundo O’Loughlin (1986 apud RAMOS et al., 2002), o modelo hidrológico é responsável por reproduzir a relação entre a concentração de água e a transmissividade do solo para determinar a condição de saturação. Esse modelo pode ser expresso pela equação (1).
Q a
W
T b sen (1)
Onde:
W representa o índice de umidade do solo, que pode ser dado também em função da razão h/z (altura da coluna de água no subsolo / espessura da camada de solo);
Q representa a intensidade da chuva (mm);
T representa a transmissividade do solo (m²/dia), ou seja, o produto entre a condutividade hidráulica saturada e a espessura do solo;
a representa a área de contribuição ou área drenada a montante dada em m²;
b representa o comprimento de contorno unitário (resolução do grid dado em m);
θ representa a declividade local medida em graus. 2.5.2 Modelo de Estabilidade de Encosta Infinita
O modelo de estabilidade de encosta, baseado na teoria do talude infinito, simula o grau de estabilidade de uma determinada porção do solo localizada sobre o afloramento rochoso. Pode ser representado pela equação (2) (RAMOS et al., 2002).
2 ' (1 ) cos S W W h c tg z g z tg tg (2) Onde:
z representa a espessura do solo (m); C’ representa a coesão do solo (kpa); g é a aceleração da gravidade (m/s²); ρs corresponde à densidade do solo (kg/m³); ρw corresponde à densidade da água (kg/m³);
Ø representa o ângulo de atrito do solo dado em graus. 2.5.3 Combinação dos Modelos
Como visto anteriormente, o modelo SHALSTAB consiste na combinação dos modelos citados. A equação (3) mostra a combinação dos dois modelos, com coesão (FERNANDES et al., 2001).
2 ' (1 ) cos ( ) ( ) S W W Q sen c tg a T g z tg tg b ( 3)
O SHALSTAB usa a equação (3) para designar o grau de estabilidade de uma encosta. Os parâmetros de entrada requeridos pelo modelo são: c, Ø, ρs, e z. As outras variáveis, a, b e θ, são obtidas por meio de um modelo digital do terreno (MDT). Desta maneira, a resposta do modelo é gerada em função de um “parâmetro livre” (Q/T) responsável pela classificação do terreno segundo o grau de estabilidade: quanto maior a razão, maior a instabilidade do local (MICHEL; KOBIYAMA; GOERL, 2012).
Segundo Ramos et al. (2002), é possível criar um modelo simplificado através da combinação dos modelos hidrológico e de estabilidade de encosta. Neste modelo, a coesão não é considerada. O modelo simplificado está representado pela equação (4).
(1 ) ( ) S W Q sen tg a T tg b (4)
Deixando a equação (4) em função da razão a/b (área de contribuição por comprimento de contorno unitário), tem-se:
.(1 ). .sen φ S W a tg T b tg Q (5)
Na Figura 4 a equação (5) é representada pela linha pontilhada sendo função da razão a/b e da declividade. A linha tracejada representa o limite de saturação e a linha pontilhada é definida a partir dos valores
obtidos pela Equação (5). As letras de A a G são as porções do gráfico que representam as condições de estabilidade mostradas na Tabela 3.
Figura 4. Gráfico da equação (5): razão a/b em função de tanθ (escala
logarítmica).
Fonte: Ramos et al. (2002).
Tabela 3. Classes de estabilidade geradas pelo SHALSTAB referentes às
condições de estabilidade e saturação em função da razão a/b e tanθ.
Classes Condições Equação
(A) Incodicionalmente estável e saturado a T sen b Q tg t φ' 1g w s (6) (7) B) Incodicionalmente
estável e não saturado
a T sen b Q tg t φ' 1g w s (8) (9) (C) Estável e não saturado t 1 t φ' s w a g T sen b g Q a T sen b Q 1 t φ' w t t φ' s g g g (10) (11) (12)
(D) Instável e não saturado t 1 t φ' s w a g T sen b g Q a T sen b Q t ' 1 w t t φ' s g g g (13) (14) (15)
(E) Instável e saturado (E) Instável e saturado
t 1 t φ' s w a g T sen b g Q a T sen b Q t φ' 1 w t t φ' s g g g (16) (17) (18) (F) Incondicionalmente instável e não saturado
tg
t φ'g a T sen b Q (19) (20) (G) Incondicionalmente instável e saturado tg t φ'g a T sen b Q (21) (22)Fonte: Dietrich e Montgomery (1998 apud RAMOS et al., 2002). 2.5.4 Limitação do Modelo
A principal limitação do modelo é que só considera a ruptura translacional.
Limitações em relação à utilização do modelo SHALSTAB incluem a falta de dados confiáveis do solo, os quais são necessários para parametrizar o modelo, definição do tamanho da área de estudo, bem como a necessidade de generalizar os parâmetros de solo e clima em uma área tão grande (WITT, 2005).
O método não considera a influência da variação temporal da precipitação, a dinâmica da vegetação, a incerteza associada com os parâmetros de entrada, bem como vários cenários que podem ser executados. As saídas são limitadas a apenas uma previsão espacial instantânea das áreas suscetíveis a deslizamentos de encostas, ou seja, não considera processos dinâmicos (GORSEVSKI et al.,2006).
2.6 ENSAIO DE CISALHAMENTO DIRETO
A ruptura dos solos é quase sempre um fenômeno de cisalhamento. De acordo com Pinto (2000), a resistência ao cisalhamento de um solo pode ser definida como a máxima tensão de cisalhamento que o solo pode suportar sem sofrer ruptura, ou a tensão de cisalhamento do solo no plano em que a ruptura estiver ocorrendo. Logo, o estudo da resistência ao cisalhamento dos solos compreende a análise do estado de tensões que provoca a ruptura.
De acordo com o critério de Mohr, a ruptura ocorre quando no plano de ruptura a combinação das tensões normais e cisalhantes (σ,
τ) e tal que a tensão de cisalhamento é máxima e só vai depender da tensão normal, isto e τ = f(σ). Esta combinação de tensões, avaliada por meio do circulo de Mohr, resulta em uma envoltória curva que circunscreve os círculos correspondentes a ruptura. Logo, não ocorrera ruptura enquanto o circulo representativo do estado de tensões se encontrarem no interior da envoltória curva (PINTO, 2000).
Das (2011) define a resistência ao cisalhamento do solo como a resistência interna por área unitária necessária para resistir rupturas e deslizamentos ao longo de um plano qualquer no seu interior. Desta forma, representa um parâmetro fundamental para que sejam analisados problemas como, por exemplo, capacidade de carga de fundações e estabilidade de taludes.
Segundo Queiroz (2009), no interior das encostas ocorrem tensões cisalhantes que tendem a movimentar uma parte do maciço em relação à outra, causando a ruptura quando as tensões cisalhantes excedem as tensões resistentes.
Segundo Milititsky (1985 apud HIGASHI, 2006) os principais fatores dos quais depende a resistência ao cisalhamento de solos lateríticos e saprolíticos são o grau de saturação, estrutura do solo, grau de intemperismo e a composição química e mineralógica.
Os perfis de intemperismo são bastante heterogêneos e imprevisíveis, podendo conter materiais com grande variabilidade de
