RAUL RUIZ FILHO
VINICIUS BARRETO MACHADO
MAPEAMENTO DE SUSCETIBILIDADE À LIQUEFAÇÃO DE SOLOS DE IMBITUBA-SC A PARTIR DE INTERFERÊNCIAS SÍSMICAS: UMA PROPOSTA
METODOLÓGICA APLICANDO A LÓGICA FUZZY
Tubarão - SC 2017
RAUL RUIZ FILHO
VINICIUS BARRETO MACHADO
MAPEAMENTO DE SUSCETIBILIDADE A LIQUEFAÇÃO DE SOLOS DE IMBITUBA-SC A PARTIR DE INTERFERÊNCIAS SÍSMICAS: UMA PROPOSTA
METODOLÓGICA APLICANDO A LÓGICA FUZZY
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Ismael Medeiros, Esp.
Tubarão - SC 2017
RAUL RUIZ FILHO
VINICIUS BARRETO MACHADO
MAPEAMENTO DE SUSCETIBILIDADE A LIQUEFAÇÃO DE SOLOS DE IMBITUBA-SC A PARTIR DE INTERFERÊNCIAS SÍSMICAS: UMA PROPOSTA
METODOLÓGICA APLICANDO A LÓGICA FUZZY
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Ao Deus todo poderoso, e a todos aqueles que nos apoiaram.
AGRADECIMENTOS - RAUL
A Deus, pelo dom da vida e forças para prosseguir.
À minha família: minha amada mãe Fabiana e avó Fátima pelo amor incondicional e apoio em momentos de pranto. As minhas tias e tio Cláudia, Gláucia e Jefferson que estiveram ao meu lado durante toda a vida.
À minha namorada Ellen, por amar-me. Mulher virtuosa que esteve comigo a cada milésimo de segundo na trajetória discente, apoiando as minhas convicções e utilizando muito mais que suas próprias forças para me acorrer.
À Alcemir e Gislane por suas orações, atitudes e palavras de conforto em situações fatigantes.
Ao orientador Ismael Medeiros que com seus conhecimentos transmitidos e aulas fora do “tradicional” mostrou-me o caminho da geotecnia.
Aos meus amigos, Bruno e Davi, por estarem de braços abertos a todo tempo e serem a minha irmandade.
À nação assembleiana, em especial a Orquestra Harmonia Celeste que durante a jornada acadêmica oraram por mim sem cessar.
AGRADECIMENTOS - VINÍCIUS
Ao Criador da Vida, por ter me conduzido até aqui em todos os momentos, sendo Ele, o significado de minha existência;
Aos meus pais, Rejane e Ulcinei, minha irmã, Maria Lídia, e minha namorada, Fernanda, por estarem sempre ao meu lado, orando por mim, aconselhando, e suportando com amor as minhas ideias e decisões mais importantes, e também as mais utópicas;
Ao Professor e Orientador Ismael Medeiros, que se tornou um verdadeiro amigo e mestre durante esta jornada, nos instruindo não somente em âmbito acadêmico, mas também pessoal e profissional;
A todos os amigos que se empenharam conosco nesse projeto, nos auxiliando nos momentos que mais precisávamos, e se felicitando em nossas conquistas;
Aos demais professores, familiares e colegas que nos apoiaram e acompanharam nesta importante etapa de nossas vidas;
“A maravilhosa disposição e harmonia do universo só pode ter tido origem segundo o plano de um Ser que tudo sabe e tudo pode. Isso fica sendo a minha última e mais elevada descoberta.”. (NEWTON, Sir Isaac, 1729).
RESUMO
A liquefação de solos decorre de conjunturas de perda de estabilidade de solos saturados, em especial quando substratos arenosos e de má distribuição granulométrica são dispostos a estresses súbitos (e.g. abalos sísmicos). Este fenômeno promove no solo, comportamento similar ao de líquidos viscosos, o que pode ser gatilho para catástrofes ambientais de larga escala, dependendo da estabilidade e preparação das estruturas firmadas sobre a camada liquefeita. A título de exemplo, destaca-se a destruição parcial do Porto de Kobe, Japão (1995), em virtude da ocorrência de evento de liquefação, que gerou um dos maiores déficits econômicos por desastre natural já registrado (U$132bi). Em razão da existência de históricos de sismicidade próximos ao município portuário de Imbituba, situado no litoral sul-catarinense, e da presença de características geotécnicas suscetíveis à liquefação, fizeram-se necessárias averiguações científicas aprofundadas no comportamento do substrato da região, na ocorrência deste ser submetido a vibrações tectônicas, de modo a auxiliar na prevenção e mitigação dos riscos proporcionados pelo fenômeno ambiental supracitado. Através de pesquisas bibliográficas em acervos públicos e publicações científicas, e do tratamento estatístico multicritérios dos dados coletados por aplicação de lógica Fuzzy, foi viabilizada a espacialização das correlações de variáveis pela superposição dos dados, utilizando Sistemas de Informação Geográfica. Como resultado, foi obtido o mapa de suscetibilidade à liquefação de solos da localidade analisada, permitindo a delimitação das áreas de maior risco de desastre, e possibilitando assim, ações mitigatórias e preventivas de maior precisão e eficácia.
Palavras-chave: Análise de Suscetibilidade à Liquefação de Solos. Lógica Fuzzy. Gerenciamento de Risco de Desastres.
ABSTRACT
Soil liquefaction is a phenomenon that arises from the loss of stability in saturated soils. Especially, when poorly graded sandy soils are subjected to sudden increases of stresses (e.g. seismic events). That makes the soil to behave as a viscous liquid, and can trigger to large-scale environmental catastrophes depending on the stability and preparation of the structures established above the liquefied layer. As an example, it can be highlighted the partial destruction of the Port of Kobe, Japan (1995), caused by the occurrence of liquefaction events that caused one of the biggest economic deficits from natural disaster ever registered (U$132Bi). Given the existence of seismic historicity near to the port city of Imbituba, located in the south coast of Santa Catarina, and the presence of geotechnical characteristics susceptible to soil liquefaction, it was essential that detailed scientific verifications on the seismic behavior of the regional substrate were conducted as to support the prevention and mitigation of liquefaction-related risks and hazards. The spatialization of variable correlations through data overlapping using Geographic Information Systems was viable after exhaustive bibliographic studies on public archives and scientific articles and multi-criteria statistical treatment (Fuzzy Logic) on the obtained data. As result, a soil liquefaction susceptibility map of the analyzed locality was obtained permitting the delimitation of major-risk areas to improve the efficacy and precision of disaster risk management actions.
Keywords: Soil Liquefaction Susceptibility Analysis. Fuzzy Logic. Disaster Risk Management.
LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas AHP – Análise Hierárquica de Processos
AM – Amazonas
APA – Área de Preservação Ambiental CAF – Cota de Assentamento de Fundação CE – Ceará
CIRAM – Centro de Informações e Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina
DNER – Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DP – Densidade Populacional
DR – Densidade Real
EPAGRI – Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina
ES – Espirito Santo ºC – Graus Celsius
IAG – Instituto Astronômico e Geofísico
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IP – Índice de Plasticidade
kM – Quilômetro kN – Quilonewton LL – Limite de Liquidez M² - Metro Quadrado
Mᵇ – Magnitude para Ondas de Corpo MG – Minas Gerais
MM – Mercalli Modificada MS – Mato Grosso do Sul MT – Mato Grosso
NBR – Norma Brasileira Regulamentadora NP – Não Plástico
NW – Noroeste
NYSDOT – Departamento de Transportes do Estado de Nova Iorque RJ – Rio de Janeiro
RS – Rio Grande do Sul SC – Santa Catarina
SIG – Sistemas de Informações Geográficas SP – São Paulo
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Placas tectônicas e seus limites ... 15
Figura 2 - Ciclo Básico de Terremotos ... 17
Figura 3 - Deformação de Ciclo ... 17
Figura 4 - Tipos de Limites Tectônicos ... 18
Figura 5 - Rompimento da Barragem de Fundão: Antes e depois ... 20
Figura 6 - Sismicidade no Brasil de 1767 a 2010 (≥ 2.8 Mw) ... 21
Figura 7 - Epicentro de evento sísmico de 1939 em Tubarão, SC ... 22
Figura 8 - Colapso de Equipamentos Portuários devido à liquefação (Kobe, Japão, 1995) ... 23
Figura 9 - Curvas granulométricas limitantes para a ocorrência de liquefação de solos ... 27
Figura 10 - Gráfico de Plasticidade que mostra as recomendações de Seed e os limites de Atterberg de solos finos relatados por Bray por ter sofrido liquefação em Adapazari durante o terremoto de 1999 ... 28
Figura 11 - Mapeamento de risco à liquefação de Trinidad por influências sísmicas ... 30
Figura 12 - Exemplo visual de compreensão das diferenças entre metodologias de lógica ... 32
Figura 13 - Imagem dasimétrica de distribuição populacional do litoral de SC ... 34
Figura 14 - Localização do Porto de Imbituba/SC ... 35
Figura 15 - Porto de Imbituba/SC ... 36
Figura 16 – Pedologia do município de Imbituba/SC ... 37
Figura 17 - Mapa geológico de Santa Catarina ... 41
Figura 18 - Fluxograma de metodologia ... 45
Figura 19 - Curvas Características de Distribuição Granulométrica ... 49
Figura 20 - Aparelho de Casagrande e equipamentos complementares ... 50
Figura 21 – LL do Gleissolo ... 50
Figura 22 – LL do Cambissolo ... 51
Figura 23 - Placa Esmerilhada e equipamentos complementares ... 52
Figura 24 - Ensaio de Densidade Real em execução ... 54
Figura 25 - Escala adotada para hierarquização de variáveis nos Rasters. ... 56
Figura 26 - Hierarquia de curva granulométrica ... 57
Figura 27 - Hierarquia de densidade relativa ... 58
Figura 28 - Hierarquia de LL e IP ... 59
Figura 29 – Representação Gráfica Raster de dados geotécnicos ... 61
Figura 31 – Representação Gráfica Raster de dados pedológicos ... 63
Figura 32 - Hierarquia de geologia ... 64
Figura 33 - Representação Gráfica Raster de dados geológicos ... 65
Figura 34 - Hierarquia de Densidade Populacional ... 66
Figura 35 - Representação Gráfica Raster de dados referentes à urbanização ... 67
Figura 36 - Hierarquia de Distância estimada até falha intraplaca ... 68
Figura 37 - Representação Gráfica Raster de dados sismológicos ... 69
Figura 38 – Representação gráfica das áreas de suscetibilidade à liquefação de solos por eventos sísmicos de Imbituba/SC ... 71
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Sismos mais relevantes ocorridos no Brasil ... 21
Tabela 2 - Áreas por tipo de solo - Imbituba/SC ... 38
Tabela 3 - Resultados do cálculo de amostragem ... 47
Tabela 4 - Lista de malhas - Peneiramento Fino ... 48
Tabela 5 - Dados coletados de WP ... 52
Tabela 6 - Dados obtidos de Densidade Real ... 54
Tabela 7 - AHP preliminar de dados geotécnicos ... 60
Tabela 8 - Escala fundamental de números absolutos ... 70
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 12 1.1. JUSTIFICATIVA ... 13 1.2. OBJETIVO GERAL ... 14 1.2.1. Objetivos Específicos ... 14 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 15
2.1. CONCEITOS BÁSICOS DE SISMOLOGIA ... 15
2.1.1. Abalos Sísmicos Artificiais ... 19
2.1.2. Sismicidade da Localidade Analisada ... 20
2.2. LIQUEFAÇÃO DE SOLOS ... 23
2.2.1. Mecanismos de iniciação ... 24
2.2.2. Mitigação de riscos ... 25
2.2.3. Fatores geotécnicos de suscetibilidade ... 26
2.2.3.1. Distribuição granulométrica e tipo de solo ... 26
2.2.3.2. Densidade relativa ... 27
2.2.3.3. Características do tremor e histórico sismológico ... 27
2.2.3.4. Limite de Liquidez e Índice de Plasticidade ... 28
2.2.3.5. Tensão vertical efetiva e profundidade da camada vulnerável ... 29
2.2.3.6. Idade e origem dos solos ... 29
2.3. MAPEAMENTO DE RISCOS ... 29
2.4. LÓGICA FUZZY ... 31
2.5. INFORMAÇÕES SOBRE A REGIÃO ANALISADA ... 33
2.5.1. Dados gerais do Município ... 33
2.5.2. Caráter portuário ... 35
2.5.3. Caracterização Pedológica ... 36
2.5.3.1. Afloramentos Rochosos ... 38
2.5.3.2. Areias Quartzosas Marinhas ... 38
2.5.3.3. Cambissolo ... 39
2.5.3.4. Dunas e Areias das Praias ... 39
2.5.3.5. Glei Pouco Húmico ... 40
2.5.3.6. Podzólico Vermelho-Amarelo ... 40
2.5.3.7. Solos Orgânicos ... 40
3. METODOLOGIA ... 43
4. DESENVOLVIMENTO E ANÁLISE DE RESULTADOS ... 46
4.1. ENSAIOS GEOTÉCNICOS ... 46
4.1.1. Coleta de amostras ... 46
4.1.2. Descrição e resultados dos ensaios conduzidos ... 47
4.1.2.1. Determinação da composição granulométrica ... 47
4.1.2.2. Determinação dos Limites de Atterberg ... 49
4.1.2.3. Determinação da Densidade Real ... 53
4.1.2.4. Resultados obtidos ... 55
4.2. SIMULAÇÕES ESTATÍSTICAS ... 56
4.2.1. Critérios geotécnicos ... 57
4.2.1.1. Curva granulométrica ... 57
4.2.1.2. Densidade Relativa ... 58
4.2.1.3. Limite de liquidez e índice de plasticidade ... 58
4.2.1.4. Análise hierárquica processual preliminar – Variáveis de Geotecnia ... 59
4.2.1.5. Raster resultante – Geotecnia ... 60
4.2.2. Critérios pedológicos ... 61
4.2.2.1. Grau de drenagem ... 62
4.2.2.2. Raster resultante – Pedologia ... 63
4.2.3. Critérios geológicos ... 64
4.2.3.1. Idade e origem dos solos ... 64
4.2.3.2. Raster resultante – Geologia ... 65
4.2.4. Critérios geográficos ... 65
4.2.4.1. Densidade Populacional ... 65
4.2.4.2. Raster resultante – Geografia ... 66
4.2.5. Critérios sismológicos ... 67
4.2.5.1. Distância estimada da falha ... 67
4.2.5.2. Raster resultante – Sismologia ... 68
4.2.6. Hierarquia definitiva ... 69
4.3. ANÁLISE DE RESULTADOS ... 71
5. CONCLUSÃO ... 73
REFERÊNCIAS ... 75
APÊNDICE A – CURVAS GRANULOMÉTRICAS DAS AMOSTRAS DE SOLO ENSAIADAS ... 82 APÊNDICE B – MAPEAMENTO DE SUSCETIBILIDADE À LIQUEFAÇÃO DE SOLOS DE IMBITUBA-SC A PARTIR DE INTERFERÊNCIAS SÍSMICAS ... 83
1. INTRODUÇÃO
Estudos científicos e acadêmicos no âmbito geotécnico, especialmente os relacionados ao gerenciamento de riscos de geodesastres, têm sido incentivados e desenvolvidos em crescente gradativo no Brasil após o início do Século 21. Fatores como o crescimento populacional desordenado, e a falta de iniciativas públicas e privadas de prevenção de desastres e normatização de tecnologias mitigatórias, apesar do aumento na frequência e intensidade de cataclismos ambientais, culminaram na notável demanda de aprofundamento científico em estudos de vulnerabilidade da sociedade perante os riscos e ameaças provenientes do ambiente que a cerca.
Todavia, a despeito do avanço na conscientização pública e governamental da necessidade mencionada, este ainda se dá por processos tímidos e não é capaz de resolver os impasses e problemáticas do presente panorama ambiental. Eventos catastróficos de grande porte têm acometido o território nacional nos últimos anos, sem que tenham sido previstos em tempo hábil para a preparação da localidade atingida, de modo a reduzir os impactos danosos de caráter humano e ambiental.
Citando caso análogo, em novembro de 2015, na localidade de Mariana/MG, uma barragem de rejeitos da mineradora Samarco, devido a falhas de gestão, engenharia, e supervisão, rompeu-se após uma cadeia de eventos naturais e erros de projeto impelirem o solo de suas estruturas de contenção ao fenômeno de liquefação. Este, ficou conhecido como o maior desastre socioambiental do Brasil por ter permitido a liberação de mais de 35 milhões de metros cúbicos de resíduos perniciosos no ecossistema da região e no perímetro dos municípios vizinhos, impactando irreversivelmente a maior parte da totalidade de áreas e bacias hidrográficas afetadas (PRUDENTE, 2016).
Os efeitos colaterais destrutivos subsequentes à liquefação de solos são ainda mais proeminentes quando regiões de substrato arenoso, saturado, e de granulometria regular (comumente encontrado em áreas litorâneas) são submetidas à ação de sismos de elevada magnitude. Localidades como Nova Zelândia e Japão, que possuem seu litoral em área de alta sismicidade, são frequentemente atingidas por fenômenos do gênero, sendo necessários investimentos milionários em reestruturação de construções, gerados pelos consideráveis impactos econômicos e sociais dos referidos geodesastres.
Como forma de atender o premente carecimento em estudos voltados para a mitigação e prevenção de desastres relativos à liquefação dos solos, surgiu o incentivo para a elaboração de metodologia multicritérios para análise de suscetibilidade a estes fenômenos em
caso de eventuais abalos sísmicos, bem como o mapeamento das áreas de maior risco através de técnicas de geoprocessamento. A região sul litorânea de Santa Catarina, mais especificamente o município de Imbituba/SC, foi escolhida para a aplicação dos métodos desenvolvidos, uma vez que a localidade apresenta registros geologicamente recentes de sismicidade moderada e intensa atividade portuária, que poderia ser bastante avariada na ocorrência de desastres do gênero.
1.1. JUSTIFICATIVA
O terremoto que atingiu as proximidades da Cidade de Kobe, Japão, mais conhecido como O Grande Terremoto Hanshin, e vitimou cerca de 6500 pessoas, foi a circunstância causadora de um dos maiores déficits de economia devido a desastres sísmicos da história. As estimativas em prejuízos econômicos oficiais alcançaram marcas em torno de U$ 132bi. Contudo, estas não são capazes de contabilizar precisamente as despesas causadas pelas mais de 300.000 pessoas desabitadas após o evento. Entre os fatores de maior relevância na contribuição destes danos financeiros, está a parcial destruição do porto de Kobe, considerado como primordial entre as portas nipônicas para comércio exterior. Isto se deu pela ocorrência do fenômeno de liquefação dos solos da região, gerada pela resposta do substrato às vibrações tectônicas que impactaram a localidade em questão.
Este tipo de geodesastre também foi considerado como um dos fatores responsáveis pelo maior cataclismo ambiental da história do Brasil: o rompimento da barragem do Fundão, Minas Gerais causado por uma sucessão de ações e erros humanos no que tange às condições geotécnicas da estrutura de contenção, sendo acelerado e intensificado pela adição de cargas sísmicas regionais.
A liquefação de solos decorre de conjunturas de perda de estabilidade de solos saturados, em especial os classificados como arenosos e de má distribuição granulométrica, quando estes são dispostos a estresses súbitos de substrato (e.g. abalos sísmicos), promovendo comportamento similar ao de líquidos viscosos por parte do material.
Em razão do histórico de sismicidade próxima ao litoral sul-catarinense e das características geotécnicas suscetíveis à liquefação, surgiu a necessidade de averiguações científicas aprofundadas no comportamento do substrato da região, com ênfase no município de Imbituba por seu caráter portuário, no caso deste ser submetido ao aumento súbito de poropressões, como forma de prevenir e mitigar os riscos proporcionados pelo fenômeno ambiental supracitado. Isto se dará através da execução de relações estatísticas baseadas em
Sistemas de Informação Geográfica e análise bibliográfica, de modo que se viabilize o plano de ação inicial dos acadêmicos.
A elaboração dos métodos propostos possibilitará a coleta dos dados necessários para análise espacializada multicritérios baseadas em Lógica Fuzzy, de modo a identificar as áreas mais suscetíveis a prejuízos pela liquefação de solos devido a vibrações sísmicas na região Imbitubense com base na situação geotécnica atual (2017).
1.2. OBJETIVO GERAL
Elaborar mapa de suscetibilidade a riscos geotécnicos, com enfoque na ocorrência liquefação dos solos na região do município de Imbituba/SC, a partir de excessos de poropressões gerados por interferências sísmicas, utilizando metodologia estatística Fuzzy para o processamento dos dados.
1.2.1. Objetivos Específicos
• Determinar as características geotécnicas, a partir da carta de solos Estadual; • Elaborar base de dados cartográficos da região escolhida;
• Aplicar lógica Fuzzy a partir das variáveis intermitentes (dados geotécnicos, geológicos e pedológicos; parâmetros sismológicos e registros históricos de comportamento; estudos de densidade populacional);
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
No seguinte capítulo são brevemente abordadas, as temáticas e teorias pertinentes ao trabalho em questão. Estas são: conceitos básicos de sismologia; liquefação de solos; mapeamento de riscos; lógica Fuzzy; e informações sobre a região analisada.
2.1. CONCEITOS BÁSICOS DE SISMOLOGIA
A tectônica é a teoria que estuda os terremotos, cinturões vulcânicos, deslocamentos continentais, e o alargamento do assoalho marinho, permitindo a compreensão das forças e processos que modelaram a crosta terrestre.
A palavra tectônica deriva de vocábulo originalmente grego e significa relativo à
construção, referindo-se à maneira em que a superfície terrestre é construída pelas uniões e
sobreposições de placas. Estas placas litosféricas (Figura 1) são blocos rochosos de espessura variável, com profundidade média de 35km, e máxima de 70km, que derivam sobre a camada mais superficial do planeta, abrangendo toda sua extensão. (GUIMARÃES, S. et al., 2013).
Figura 1 - Placas tectônicas e seus limites
Os abalos sísmicos, em sua maior parte, são originados em limites de placa, zonas altamente deformadas, onde ocorrem fenômenos de colisão. Em algumas localidades como a costa oeste dos Estados Unidos, Japão, e Chile, o padrão das falhas é muito mais complexo que os modelos básicos e centrais abrangidos pela teoria da Tectônica. Segundo Guimarães (2012), o padrão é de tamanha complexidade, que a confiabilidade das previsões de sismos nessas regiões é consideravelmente baixa, apesar de que, quando corretas, reduzem de forma notável o poder de destruição destes eventos e os danos causados à população. Para confirmação da suscetibilidade sísmica regional, há a necessidade de estudos aplicados nas áreas de propensão, para que desta forma seja possível estabelecer políticas e diretrizes de construção segura para edificações, pontes, barragens e quaisquer outras estruturas que possam servir de suporte à sociedade em eventuais catástrofes.
As movimentações das placas geram forças bastante elevadas em seus limites de contato. Essas forças são definidas por processos explanados pelos conceitos da tensão, deformação e resistência. A tensão é a distribuição das forças exercidas por unidade de área em torno de um material, que no caso em questão, gera a deformação das placas rochosas. A deformação, conforme Esteves (2007), é a mudança na forma e tamanho dos corpos quando forças são aplicadas sobre os mesmos. Com a movimentação mencionada, as rochas em deriva colidem, sendo tensionadas a valores maiores que sua resistência máxima, causando deformações permanente aos corpos envolvidos, perdendo a coesão e levando á ruptura.
Um Terremoto ocorre quando tensões de potência superior à máxima admitida se acumulam até que ocorra o rompimento ao longo de uma ou mais falhas tectônicas, sendo estas novas, ou preexistentes. Os blocos deslizam entre si, causando o cisalhamento mútuo e promovendo a deformação, liberada pelas tensões acumuladas, o que causa vibrações e abalos nas proximidades de seu hipocentro. Após o ápice da liberação de energia do evento, as tensões tendem a retornar a valores abaixo da resistência da rocha, estabilizando-se novamente, até que o acúmulo de forças ultrapasse outra vez a capacidade de suporte do material, dando origem a um longo ciclo de repetições. Este é representado pela Figura 2.
Figura 2 - Ciclo Básico de Terremotos
Fonte: (GROTZINGER et al., 2013, p. 470).
Após extensos períodos de tensões acumuladas e liberadas, as forças resistentes dos corpos em movimento alteram devido às repetições, dessincronizando os ciclos de liberação energética, bem como alterando o gráfico de tensão e intervalos de tempo. A Figura 3 exemplifica as alterações mencionadas.
Figura 3 - Deformação de Ciclo
Fonte: (GROTZINGER et al., id.).
A título de exemplo, cita-se o terremoto na falha transformante de San Andreas ocorrido no ano de 1906, com epicentro em São Francisco, Califórnia, de magnitude 7.8 na escala Richter, que vitimou mais de três mil pessoas. A problemática encontra-se na parte sul da falha que, de acordo com estimativas sismológicas, deveria desencadear a cada 150 anos (tempo de recorrência) um grande terremoto de valor próximo a 7.0 na escala Richter. No entanto, o último evento do gênero já ultrapassa 300 anos desde sua ocorrência. Isto significa que parte da falha tem acumulado tensões além do previsto, e que em seu eventual
rompimento, o acúmulo de energia liberado deverá sobrepujar o esperado, tornando inestimáveis os possíveis danos e impactos socioeconômicos à sociedade em sua culminação. (ANDREWS, 2016).
São classificados, os padrões de falhas tectônicas, como sendo: limites divergentes; limites transformantes; e limites convergentes. Estes, podem ser conferidos na Figura 4.
Figura 4 - Tipos de Limites Tectônicos
Fonte: (GROTZINGER et al., 2013, p. 465).
Os Limites Divergentes se definem em sua atribuição na expansão do assoalho oceânico. Os movimentos empregados no processo são de direções opostas e não ocasionam o atrito. Ao contrário, geram o afastamento das placas, permitindo o material magmático inferior à camada em deriva imergir nas lacunas resultantes. Já os Limites Transformantes, possuem atividade sísmica mais elevada que os divergentes por deslocarem seus segmentos na dorsal das placas tangentes. O deslocamento indicado pelo mecanismo de falha é sinistral, quando a crista da dorsal fica á direita, e dextral, quando a crista fica à esquerda. Logo, seus efeitos colaterais ocorrem por cisalhamento lateral. Em meados da década de 60, esta propriedade sismológica foi utilizada para apoiar a hipótese da expansão do assoalho oceânico. (GROTZINGER, op. cit.)
Os Limites Convergentes são os responsáveis pelos terremotos de maior poder destrutivo, podendo citar como exemplo o abalo sísmico ocorrido no Chile (1960) nomeado como Sismo de Valdívia, que alcançou nove pontos na escala Richter e classificação XII na escala de Mercalli. Esta última, define os impactos do evento, considerado o tremor com maior escala já registrada, como: destruição total; linhas de visão e de prumo são distorcidas e objetos são arremessados ao ar. Este tipo de abalo sísmico ocorre devido à grande compressão horizontal ao longo de extensas falhas, onde a placa de menor densidade subduz a outra,
formando cordilheiras montanhosas, explica Grotzinger (2013). A placa que a sofre subdução, descende à medida em que a gravidade a pressiona em direção ao manto em convecção. 2.1.1. Abalos Sísmicos Artificiais
Durante um longo período, os terremotos foram dados como sendo fenômenos unicamente naturais, justificando sua ocorrência apenas pela movimentação e derivação das placas tectônicas. Contudo, Parisenti (2011) atesta que, após a execução de grandes obras como estruturas de contenção, hidrelétricas e afins, detecta-se um acréscimo significativo de eventos sísmicos nas regiões de implantação das construções. Este fato, após a realização de estudos e diagnósticos sismológicos, levou à conclusão que os surgimentos destes eventos provem diretamente da implantação indevida das sobrecargas geradas pelas edificações citadas em solos de capacidade de suporte abaixo do necessário.
Quando o solo é submetido a tensões de grandezas significativas que nunca tenham sido aplicadas, origina-se, possivelmente, o fenômeno conhecido como terremoto artificial, explica Parisenti (2011), causando deformações permanentes no pleito e liberando as tensões acumuladas excessivamente maiores do que as naturalmente aplicadas desde sua formação geológica. Este, foi um dos fatores cogitados para o desencadeamento do rompimento da barragem de Fundão e da danificação da barragem de Santarém (Figura 5) em 2015, localizadas no subdistrito de Bento Rodrigues, a 35 km do município de Mariana, Minas Gerais. Ambas continham enormes quantidades de rejeitos resultantes da extração de minério de ferro (FARINA, 2017).
Segundo relatório final de Morgenstern et al. (2016), as estruturas, que continham erros crassos de subdimensionamento e já encontravam-se suscetíveis ao colapso, tiveram seu processo de ruptura intensificado e acelerado pela ocorrência de abalos sísmicos, resultando no derramamento do material pernicioso contido no complexo sobre todo o ecossistema local. O evento foi catalogado como o maior desastre ambiental do país.
Figura 5 - Rompimento da Barragem de Fundão: Antes e depois
Fonte: (Imagens de Satélite de Mariana/MG – GloboGeo Reproduções, 2016).
O efeito contrário da aplicação de tensões também desencadeia eventos semelhantes, como por exemplo na exploração de minas, jazidas de petróleo e pedreiras, quando há um alivio súbito das forças aplicadas no solo através de dinamitações e escavações, ocasionando fenômenos que deslocam a tensão máxima da rocha para valores de maior significância (PARISENTI, 2011).
2.1.2. Sismicidade da Localidade Analisada
Devido a sua localização central na placa sul-americana, onde estão os solos de origem mais antiga da placa, e de nenhuma atividade vulcânica atual, o Brasil já foi considerado, um país imune a abalos sísmicos. “Contudo, no início da década de 1970, estudos sismológicos mostraram que a atividade sísmica no Brasil apesar de produzir tremores de baixa intensidade, não pode ser negligenciada”, explica Teixeira (2009, p. 55).
O crescimento do número de ocorrências de sismos catalogado no Brasil, principalmente na região sudeste e nordeste tem sido discutido para a reelaboração da norma brasileira regulamentadora de estruturas resistentes a sismos (NBR 15421/2006). Isto se dará para que o número de fatalidades devido a sismos não seja alavancado a valores calamitosos em eventuais catástrofes sísmicas em regiões densamente habitadas. Esta preocupação é salientada pelo acontecimento do primeiro terremoto em território brasileiro com morte registrada, em Itacarambi/MG, ocorrido no dia 9 de dezembro de 2007. O referido evento causou desmoronamento de terras, destruindo 76 casas na zona rural, e atingindo fatalmente um menor de idade. Nesta ocasião o evento alcançou 4,9 de magnitude (Mᵇ), com uma
intensidade máxima na escala de Mercalli Modificada (MM) de VI pontos. Na Figura 6, pode ser analisado, o histórico brasileiro de sismicidade entre 1767 e 2010.
Figura 6 - Sismicidade no Brasil de 1767 a 2010 (≥ 2.8 Mw)
Fonte: (ASSUMPÇÃO, 2011, p.85).
O terremoto de maior magnitude registrado no Brasil, cerca de 6,2 (Mᵇ) na escala Richter, ocorreu na cidade de Porto dos Gaúchos/MT em 1955, com epicentro a 370 km ao sul de Cuiabá. Nesta época os sismógrafos brasileiros registravam apenas tremores acima de magnitude 4,0 (Mᵇ), sendo que, atualmente os registros ocorrem com magnitudes acima de 2,5 (Mᵇ). Estes e outros dos maiores eventos sísmicos registrados no Brasil estão dispostos na Tabela 1.
Tabela 1 - Sismos mais relevantes ocorridos no Brasil
Ano Latitude (ºS) Longitude (ºW) Magnitude (Mb) Intensidade (MM) Localidade
1955 12,42 57,30 6,2 Porto dos Gaúchos, MT. Em Cuiabá,
370km ao sul, pessoas foram acordadas
1955 19,84 36,75 6,1 Epicentro no mar, a 300km de Vitória,
ES.
1939 29,00 48,00 5,5 >VI Tubarão, SC, plataforma continental
1983 3,59 62,17 5,5 VII Cadajás, AM, bacia Amazônica
Ano Latitude (ºS) Longitude (ºW) Magnitude (Mb) Intensidade (MM) Localidade
1964 18,06 56,69 5,4 NW de MS, bacia do Pantanal
1990 31,19 48,92 5,2 No mar, a 200km de Porto Alegre, RS.
1980 4,30 38,40 5,2 VII Pacajus, CE.
1922 22,17 47,04 5,1 VI Mogi-Guaçu, SP, sentido em SP, MG e RJ.
1963 2,30 61,01 5,1 Manaus, AM.
1986 5,53 35,75 5,1 VII João Câmara, RN.
1998 11,62 56,78 5,0 VI Porto dos Gaúchos, MT.
Fonte: (TEIXEIRA, Wilson et al., 2009, p. 57).
Em 1939, na cidade de Tubarão, Santa Catarina, localizada aproximadamente a 50km do município de Imbituba, foi registrado um sismo de magnitude 5,5 (Mᵇ). Na época, devido à falta de equipamentos mais precisos na região, o epicentro teve sua localização delimitada na plataforma continental, com coordenadas 29,00ºS 48,00ºO, segundo dados do Instituto Astronômico e Geofísico (IAG) da Universidade de São Paulo (2017), além de definido com intensidade máxima na escala de Mercalli Modificada (MM) maior que VI (MM: > VI). É possível perceber a proximidade da ocorrência com a região analisada por este trabalho na Figura 7.
Figura 7 - Epicentro de evento sísmico de 1939 em Tubarão, SC
2.2. LIQUEFAÇÃO DE SOLOS
Dentre as principais causas de prejuízo durante terremotos, está o fenômeno da liquefação de solos. Este, apontado por Perucca e Perez (2006), é o colapso do arranjo mútuo dos grãos de determinado solo in situ, geralmente causado por um abalo sísmico (ou aumento monotônico de tensões cisalhantes), que resulta na perda total ou parcial da resistência ao cisalhamento dos materiais afetados, e faz com que o solo em questão se comporte de forma semelhante a líquidos viscosos.
Durante o Grande Terremoto de Hanshin (Japão, 2005), que atingiu magnitude de 7.2, uma vasta área da cidade litorânea de Kobe foi acometida pela liquefação de seu substrato, levando a grandes deformações no solo, e danos estruturais severos para muitas obras de engenharia. Os prejuízos econômicos que seguiram o evento foram impactantes o suficiente para desestabilizar o país, tendo em vista que o Porto de Kobe, porta essencial para as exportações nipônicas, foi extremamente danificado (Figura 8), juntamente com as rotas de acesso ao mesmo. O ocorrido demonstra a ainda deficiente sapiência e imprevisibilidade destes desastres geotécnicos, mesmo em países cujo investimento em pesquisas sobre o assunto chega a centenas de milhões de dólares. (LEKKAS, 1996).
Figura 8 - Colapso de Equipamentos Portuários devido à liquefação (Kobe, Japão, 1995)
No cenário tupiniquim, um evento de mesmo gênero aconteceu ao findar do ano de 2015, em Mariana-MG. O rompimento da barragem de Fundão, parte do complexo da mineradora Samarco, ficou conhecido como o maior desastre ambiental da história do Brasil, sendo inexequível a mensuração exata dos prejuízos ao meio ambiente e a área impactada. Dentre as causas estão as alterações feitas na barragem de forma indevida, e a falta do controle do fenômeno de liquefação, que teriam se intensificado com a ocorrência de abalos sísmicos na região, contribuindo para a avariação da estrutura retentora dos resíduos de mineração (MORGERNSTERN, 2016).
A nomenclatura liquefação, explicada por Aquino (2009), se dá por razões de simples explanação. Através de carregamentos monotônicos e cíclicos, solos granulares secos tendem a se reorganizar e densificar. Entretanto, se o solo tiver um índice alto de saturação, uma distribuição repentina de carga acontece de forma não-drenada, e a mesma tendência de densificação aumenta ou excede as poropressões com tensões efetivas decrescentes. Em situações extremas, este aumento pode chegar ao ponto de anular as tensões efetivas, deformando como um líquido, o solo já sem resistência cisalhante significativa. Como resultado disto, as estruturas acima dos depósitos liquefeitos são submetidas a assentamentos e inclinações, a água flui para a superfície, e reservatórios/tubulações subterrâneas podem se soltar, acompanhando o fluxo da água. Estes fatores, segundo relatório do NYSDOT (2015), contribuem para a obviedade da necessidade de mitigação deste fenômeno para a grande maioria dos tipos construtivos.
São vários, os fatores aos quais o geodesastre em questão depende para acontecer. Contudo, destacam-se entre estes: a intensidade e duração da vibração sísmica aplicada no solo, a compacidade relativa do material, sua distribuição granulométrica, e os graus de saturação e cimentação de seus elementos. De forma geral, Neto (2009) explica que a liquefação é essencialmente correlata ao perfil comportamental de cisalhamento de substratos granulares que, na ocasião de aplicação de cargas não drenadas, podem ter sua resistência reduzida pelas crescentes poropressões.
2.2.1. Mecanismos de iniciação
De acordo com Guillén (2008), os efeitos que ocasionam a formação do fenômeno são oriundos de fatores naturais ou artificiais. A liquefação nos solos granulares pode ser gerada por carregamentos monotônicos, analisados em locais como depósitos de solos naturais, aterros e depósitos de rejeitos de mineração (e.g., rompimento de barragem
mineradora em MG), e sobre influências de carregamentos dinâmicos, como os abalos sísmicos, vibrações devidas á cravação de estacas pré-moldadas, tráfego de veículos e explosões, majoritariamente provocadas por mineradoras.
Segundo Veiga (2011, p. 65), após o estágio de liquefação inicial, há dois modos de como os solos podem evoluir diferentemente:
Um caracterizado pela ocorrência de grandes deformações, devido à perda de rigidez, comportando-se o solo como um líquido viscoso, designado por liquefação total; outro, caracterizado pelo desenvolvimento de deformações limitadas e pela estabilização dos seus estados de tensão e de deformação, devido à fenómenos de dilatância, associados, sobretudo a areias densas, ou a resistências remanescentes nos solos.
A liquefação introduz o solo em um estado de perda continua de resistência, conduzindo-o a estrondosas deformações com solicitações cíclicas que diminuem a tensão de cisalhamento. Os efeitos de maior potencial catastrófico da liquefação são a perda de capacidade resistente das fundações, a impulsão, a flutuação e a desestabilização de vertentes. O maior revés destas é quando esses efeitos acontecem de forma desigual, a ocasionar recalques diferenciais, desestabilizando estruturas, e as levando, em ocasiões, à ruína. (VEIGA, id.).
2.2.2. Mitigação de riscos
No que tange geodesastres com alto potencial de impacto, a liquefação de solos encontra-se como possível fator fomentador. Devido ao alto número de variáveis a serem analisadas e estudadas para a prevenção do efeito da liquefação, a mitigação do fenômeno é de complexidade elevada, e demanda grandes investimentos na área geotécnica.
O Japão atualmente é o país com maiores avanços neste tipo de estudo, sendo também, o que mais teve prejuízos econômicos com os efeitos da liquefação, como por exemplo, o supracitado terremoto de Kobe.
Segundo Guillén (op. cit.), mesmo em um solo de características suscetíveis à liquefação, é incerto dizer que a mesma ocorrerá naquele local, visto que esta depende que diversas variáveis se encontrem em situação comportamental específica para ocorrência do evento. Porém, pode-se predefinir que a intensidade e duração das ações tensionais serão insuficientes para desencadear o fenômeno, se ocorrerem com força menor que a resistida pelo solo.
A redução dos acontecimentos dos fenômenos pode ser efetiva se, cautelosamente, estudos forem conduzidos na definição de áreas de riscos e suscetibilidade de substratos, voltando-se para a construção de edificações e obras resistentes a liquefação, ou, em casos extremos, a interdição de determinados usos para o solo em questão. Contudo, novos planejamentos para evacuação de áreas frágeis vêm sendo desenvolvidos para conscientização e preparação dos cidadãos das localidades.
A liquefação atua em solos com mínima compacidade. Desta forma, para melhorar o desempenho geotécnico do substrato, são necessários reforços nas camadas. O reforço pode ser executado de maneira a qual reduzir o excesso de tensão neutra gerado durante um sismo. O aumento da compactação e drenagem natural dos solos reduz drasticamente o índice de suscetibilidade à liquefação, devido ao acréscimo da resistência. (SEED, 2001).
A desestabilização do maciço afeta majoritariamente edificações cujas fundações estão dispersando suas tensões no solo, ou seja, sustentadas por atrito lateral e base. As construções que compreendem suas fundações firmadas na rocha sã, trabalhando apenas com a resistência de ponta, possuem riscos bastante reduzidos para o acontecimento do fenômeno. 2.2.3. Fatores geotécnicos de suscetibilidade
Com embasamento em observações de campo e resultados laboratoriais, o Departamento de Transporte do Estado de Nova Iorque – NYSDOT (2015) define os seguintes fatores como facilitadores da ocorrência de fenômenos de liquefação de solos em substratos não coesivos:
2.2.3.1. Distribuição granulométrica e tipo de solo
As pedologias com maior vulnerabilidade à liquefação são aquelas cuja resistência à deformação é impactada pela fricção entre as partículas. Logo, por ventura do decrescimento da resistência à fricção aumentar com a diminuição das partículas de solo, pode-se afirmar que substratos arenosos e arenoso-siltosos saturados tendem a ter mais suscetibilidade ao fenômeno, como pode ser analisado na Figura 9. Materiais finos com altos índices de coesão e coesão e/ou de boa graduação tendem a dificultar a ocorrência dos efeitos citados.
Figura 9 - Curvas granulométricas limitantes para a ocorrência de liquefação de solos
Fonte: (TSUCHIDA apud NYSDOT, 2015, p. 25). Adaptado.
2.2.3.2. Densidade relativa
O Índice de Vazios ou Densidade Relativa é um dos maiores fatores limitantes do fenômeno em questão, uma vez que este ocorre principalmente em areias e areias siltosas com a variável em níveis abaixo de 50%, apesar de notar-se também a presença de vulnerabilidade em solos com densidade relativa até 75%. Em materiais de densidade elevada, no entanto, evidencia-se a tendência de dilatação na ocorrência de estresses cíclicos, o que aumenta a resistência a cisalhamento dos mesmos. (KWUAMBOKA, 2011).
2.2.3.3. Características do tremor e histórico sismológico
A suscetibilidade dos solos não-coesivos à liquefação por interferências sísmicas depende da magnitude e números de estresses induzidos pelas movimentações tectônicas. Estes, são dimensionados pela intensidade, frequência predominante, e duração do evento.
Outra característica relevante é a recorrência de sismos na região analisada, já que substratos de regiões com eventualidades frequentes pendem a possuir poropressões elevadas, o que condiciona o solo a circunstâncias de risco à liquefação.
2.2.3.4. Limite de Liquidez e Índice de Plasticidade
As variáveis relacionadas aos Limites de Atterberg também têm caráter de importância na classificação de vulnerabilidade geotécnica. Estas podem ser fatores determinantes na liquefação de solos com percentual elevado de argila ou silte, e tornam-se critérios delimitantes imprescindíveis na caracterização de regiões suscetíveis ao fenômeno. Utilizando o gráfico encontrado na Figura 10, Idriss e Boulanger (2006) definem, seguindo recomendações já estabelecidas anteriormente por Seed, Bray e outros autores, que:
• Solos que possuam IP menor ou igual a 12 e LL menor ou igual a 37 são considerados potencialmente suscetíveis se o grau de saturação for maior que 80% de LL;
• Substratos que possuam IP menor ou igual a 20 e LL menor ou igual a 47 são considerados vulneráveis à liquefação caso o grau de saturação for maior que 85% de LL;
• Valores de IP maiores que 20 e de LL maiores que 37 classificam os solos como sem potencial para eventos comuns de liquefação, apesar de que devam ser submetidos a mais estudos de suscetibilidade.
Figura 10 - Gráfico de Plasticidade que mostra as recomendações de Seed e os limites de Atterberg de solos finos relatados por Bray por ter sofrido liquefação em Adapazari durante o terremoto de 1999
2.2.3.5. Tensão vertical efetiva e profundidade da camada vulnerável
O NYSDOT (ibidem) estabelece, através de observações de campo, que camadas em profundidade maior que 18 metros não tem probabilidade de liquefazer por razão de que, por definição prévia, solos com tensões efetivas acima de 190kN/m2 não estão dispostos ao fenômeno. Já a espessura da camada depende das poropressões geradas no evento e da quantidade de líquidos a serem expelidos, não existindo valores teóricos predefinidos de vulnerabilidade, apesar da variedade de experimentos empíricos que buscam a relação de risco.
2.2.3.6. Idade e origem dos solos
Depósitos naturais de origem fluvial e aluvial geralmente se encontram em estado de baixa compacidade, livres de resistências causadas por cimentação e maturação. Segundo Youd e House (1977), depósitos do gênero de origem tardia no período Holoceno, de 1000 anos ou menos, têm mais chances de ocorrência de liquefação, e solos mais antigos do mesmo período (1000 ~ 10000 anos) possuem probabilidade mediana de eventualidades similares. (apud NYSDOT, 2015).
2.3. MAPEAMENTO DE RISCOS
Os Sistemas de Informações Geográficas (ou Georreferenciadas), amplamente conhecidos pela sigla SIG, são definidos como um compilado de processos computacionais que habilitam o acesso à conjuntos de informação espacializada. Deste modo, seus usuários conseguem visualizar e processar com maior perspectiva, os dados em análise, integrando os mesmos com precisão à sua localização geográfica. (MIRANDA, 2008).
Através de Sistemas de Informação Geográfica, o uso de ferramentas de mapeamento, como forma de classificar e delimitar áreas de acordo com problemática proposta por seus utilizadores, tem sido amplamente aplicado, especialmente quando os resultados obtidos podem ser empregados na fundamentação de discussões de gestão urbana.
Zoneamento é uma setorização territorial, de acordo com as diversas vocações e finalidades de uma determinada área, com o objetivo de potencializar o seu uso sem comprometer o meio ambiente, promovendo a qualidade de vida e o desenvolvimento sustentável.
No âmbito que este trabalho está inserido (prevenção de desastres geotécnicos), mapeamentos são conduzidos no intuito de estabelecer as áreas de maior risco à sociedade habitante da região, impostos pela suscetibilidade ao colapso dos solos encontrados na localidade analisada, em prol da prevenção de catástrofes relacionadas ao indevido uso e ocupação dos territórios inadequados. Isto permite com que, principalmente, órgãos públicos de planejamento territorial e ambiental utilizem desta ferramenta em larga escala, de modo a correlacionar características naturais com peculiaridades restritivas na análise de riscos no meio proposto (MEDEIROS et al., 2017).
Os mapeamentos de risco de liquefação, como são conhecidos, derivam de integrações baseadas, especificamente, em variáveis relacionadas a características geológicas, geotécnicas e pedológicas da parcela mais superficial do substrato da região diagnosticada. A título de exemplo, a Figura 11 mostra a resultante georreferenciada de estudos de suscetibilidade conduzidos na extensão territorial de Trinidad, quando incutido em situação sísmica de 7,5 pontos de magnitude.
Figura 11 - Mapeamento de risco à liquefação de Trinidad por influências sísmicas
Em síntese, a aplicação deste método serve para delimitar as áreas de maior probabilidade de liquefação dos solos, uma vez que sob ação de vibrações provindas de movimentações tectônicas. Dentre as possíveis utilizações dos resultados obtidos, as mais significantes se referem às aplicações na gestão pública e urbana, visando à segurança da população como um todo, bem como a capacidade das instalações de serviços públicos essenciais de suportar os efeitos danosos de ocorrências relacionadas ao fenômeno em questão.
Devido a investimentos irrisórios, a aplicação governamental em estudos de áreas com riscos de ocorrência de fenômenos catastróficos vem sendo ignorada perante outras temáticas. Contudo, o crescimento populacional irregular evidencia o caráter preocupante da situação atual. A confecção do mapa cartográfico destina-se à prevenção da sociedade quando submetida a tais riscos, e confere maior compreensão dos perigos próximos às áreas habitadas.
2.4. LÓGICA FUZZY
Os primeiros registros de uma lógica inteligente que assimila dados de incerteza são datados da década de 20. Estes, foram elaborados por Jan Lukasiewicz (1878-1956), e, de acordo com Rignel et al (2011), desenvolvidos pela introdução e associação de conjuntos com grau de pertinência, a conceitos da lógica clássica e/ou booleana, desenvolvida por Aristóteles. Mais tarde, fez-se possível a implantação oficial da lógica Fuzzy por meio de artigo cientifico publicado no Journal Information and Control em 1965 por Lofti Asker Zadeh, docente da Universidade da Califórnia no curso de Ciências da Computação.
O avanço tecnológico das metodologias de aplicação de sistemas eletrônicos e autônomos é, na maior parte das vezes, utilizador desta lógica, já que esta é o principal formalismo de representação do conhecimento, por ser, atualmente, o método que melhor se aproxima do pensamento racional humano. Contudo, uma de suas maiores barreiras para gerar dados fidedignos, e enraizamento comum de equívocos, é a imprecisão dos dados e incerteza do conhecimento, acarretadas por raciocínio sem a fundamentação apropriada. (MARRO et al., 2010).
No presente, a aplicabilidade desta lógica se dá, em sua maioria, nos supracitados meios eletrônicos e robóticos. Como exemplificação elucidada por Rignel (apud Albertos, 2011), destacam-se: câmeras fotográficas modernas fabricadas pela Canon®, onde dados processados por Fuzzy diferem a claridade das imagens em um campo de visão com seis
regiões, determinando o foco do dispositivo; condicionadores de ar industriais produzidos pela Mitsubishi® que utilizam 25 princípios para aquecimento e resfriamento do ambiente; máquinas de lavar Hitachi®, que, por sua programação, designam através do peso da roupa, tipo de tecido e sensores de sujeira, qual a lavagem própria, de modo a definir os níveis necessários de potência, água e detergente para as determinadas variáveis.
A lógica nebulosa Fuzzy, ou modelagem inovadora Fuzzy, é o aperfeiçoamento da estatística Booleana e/ou lógica clássica, baseado na problemática central das referidas, onde são aceitos apenas valores como: 0 ou 1, verdadeiro ou falso, cheio ou vazio; estabelecendo duas condições, sendo o dado pertencente ou não ao conjunto. A estatística nebulosa, diferentemente destas, determina parâmetros de meio-termo, como quase cheio ou quase vazio, valores como 0,2 ou 0,8. (SILVA, 2005). A Figura 12 exemplifica as diferenças citadas entre a metodologia clássica, e o método proposto.
Figura 12 - Exemplo visual de compreensão das diferenças entre metodologias de lógica
Fonte: (Dos autores, 2017).
De acordo com Marro (2010), este tipo de lógica estatística é considerado como um conjunto de princípios matemáticos para a representação do conhecimento com embasamento no grau de pertinência dos termos. Ou seja, um elemento que, apesar de pertencer a um determinado conjunto, possui grau de intensidade na determinação de sua participação (valor), como por exemplo, parcialmente verdadeiro ou parcialmente falso. Logo, a representação gráfica obtida pela solução das lógicas que é dada por uma reta para
estatística convencional, onde dois pontos interseccionados definem a amostra, transforma-se em uma parábola para os dados fuzzificados, por estes determinarem em cada ponto, um novo resultado.
A funcionalidade da metodologia é sintetizada por Gomide (1994, p.97) como: A logica Fuzzy constitui a base para o desenvolvimento de métodos e algoritmos de modelagem e controle de processos, permitindo a redução da complexidade de projeto e implementação, tornando-se a solução para problemas de controle até então intratáveis por técnicas clássicas.
A aplicabilidade primordial da metodologia nebulosa fuzzy convém na transmutação de dados coletados por amostragem, em dados fuzzificados ou conjuntos fuzzy, para viabilizar e adequar o tratamento de compilados de variáveis distintas em representações numéricas ou gráficas.
Para compreensão dos critérios de análise para os valores obtidos na amostragem, os dados são trabalhados por intermédio da aplicação de inferência fuzzy, sendo que esta depende dos estudos estatísticos de hierarquia entre os eixos trabalhados para sua delimitação de resultados.
Conforme Silva et al (2013) a lógica fuzzy é compreendida por três fases distintas: a fuzzificação, que modifica variáveis incutidas na problemática em questão para valores numéricos nebulosos; a inferência, que se refere a etapa de decisões tomadas nas correlações de variáveis obtidas; e a defuzzificação, responsável por converter os dados nebulosos obtidos em resultados escalares.
2.5. INFORMAÇÕES SOBRE A REGIÃO ANALISADA
A localidade de Imbituba/SC será abordada nesta seção com o intuito de elucidar características físicas, econômicas, pedológicas e geológicas da região, bem como quaisquer outros dados relevantes para as simulações estatísticas a serem conduzidas, por conseguinte. 2.5.1. Dados gerais do Município
De acordo com registros históricos do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, 2017, o nome do Município estudado deriva-se do vocábulo indígena
intempéries e agressividades do meio devido ao tanino natural presente nesta espécie de planta).
Segundo estudo dasimétrico de distribuição populacional (Figura 13) proposto por Zambrano (2015), a cidade se localiza em faixas de moderada (787~404), média-baixa (403~0,001), e baixa densidade de arranjos urbanos, quando comparado ao restante dos municípios do litoral catarinense. Esta conta com aproximadamente 44 mil habitantes, e área territorial de aproximados 182 km² segundo o IBGE (2017), e economia embasada principalmente nas relações comerciais portuárias e pesca artesanal.
Figura 13 - Imagem dasimétrica de distribuição populacional do litoral de SC
Fonte: (Zambrano, 2015, p.50).
O clima imbitubense, de acordo com estudos do IBGE (2017), é caracterizado como tropical, apresentando-se durante todo o ano, como quente e temperado, com quatro estações bem definidas, sendo o mês mais quente, janeiro, com uma média de 24,2ºC, e julho, sendo o mais frio, com temperatura média de 15,9ºC. O maior índice pluviométrico do ano ocorre, predominantemente, no mês de fevereiro, com média de 169 mm de precipitação, e o
menor, em meados de julho, com 81 mm. A média anual do índice pluviométrico para a região é de 1435 mm, e a temperatura média anual, 19,9ºC.
Atualmente, Imbituba abriga o berçário das Baleias Franca, conquistando, após consecutivas análises de fidelidade destes mamíferos, o título de Capital Nacional da Baleia da Franca. Contudo, a preservação desta conquista é ameaçada pela caça extinguida da Baleia Franca e crescimento, por muito tempo, desordenado da urbanização do município, fazendo-se necessário na região, o planejamento e traçado da Área de Proteção Ambiental (APA) da Baleia Franca. A APA, conforme o Projeto Baleia Franca (2017), é uma linha que delimita e promove o ordenamento das atividades humanas exercidas em áreas que oferecem algum tipo de risco ao ecossistema local. Dentre estas atividades, cita-se o ecoturismo, a pesca artesanal e outras atividades econômicas ligadas às comunidades locais, tais quais alguns esportes não-impactantes como o surf e seus derivados (kitesurf, windsurf, etc.)
2.5.2. Caráter portuário
O porto de Imbituba possui atualmente o maior calado dentre os portos do sul e sudeste do Brasil com 15,5m de profundidade. Contudo, consoante com SCPar (2017), outra prerrogativa crucial que destaca o porto imbitubense dentre os mais relevantes em território nacional, está o seu acesso facilitado por rodovia, com apenas 6,1 km de distância da rodovia federal BR-101, que conecta a região sul ao norte do País; por via férrea, operada pela Ferrovia Tereza Cristina; por via aérea, através, principalmente, do Aeroporto Internacional Hercílio Luz, em Florianópolis, à 105 km de distância; e por via marítima, estando o maior porto do Brasil (Porto de Santos/SP) a apenas 286 milhas marítimas. A localização do complexo pode ser conferida na Figura 14.
Figura 14 - Localização do Porto de Imbituba/SC
Zilli (2015, p.2) conjectura que:
Durante décadas o porto de Imbituba foi referência para o setor de mineração e transporte de carvão, movimentando na década de 1980, cerca de quatro milhões de toneladas anuais. Entretanto, a redução das alíquotas de importação e a perda do subsídio do carvão, na década de 1990 fizeram com que o porto mudasse o seu perfil, passando de essencialmente exportador de carvão, para um porto receptivo de outros tipos de mercadorias. Esta mudança de perfil, acompanhada de novo modelo de gestão portuária, agregou outras possibilidades à Imbituba, que gradativamente ganhou importância como porto principal ou alternativo para diversos setores produtivos do Sul catarinense.
Além de ser extremamente relevante para as negociações nacionais e internacionais de Santa Catarina e do Brasil, o Porto de Imbituba (Figura 15) e as atividades comerciais nele empregadas apresentam a maior rentabilidade econômica do Município. Logo, um fenômeno liquefazível nesta região seria uma catástrofe socioeconômica, desestabilizaria a renda da maior parte da população regional, e ocasionaria à perda de patrimônios incalculáveis, como ocorrido no, já citado, desastre no porto de Kobe, Japão, em 1995.
Figura 15 - Porto de Imbituba/SC
Fonte: (SCPar, 2017, sp.).
2.5.3. Caracterização Pedológica
Por intermédio de bases de dados fornecidas pela Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina/Centro de Informações e Recursos Ambientais e de Hidrometeorologia de Santa Catarina – EPAGRI/CIRAM foi possível a
definição espacial dos predomínios pedológicos do município de Imbituba. As relações numéricas foram trabalhadas e devidamente mapeadas através de software aberto de geoprocessamento (Quantum GIS® v2.18), de modo a oferecer maior compreensão aos acadêmicos sobre a geomorfologia da região, e viabilizar o tratamento multicritérios proposto (Fuzzy).
A pedologia do território em análise apresenta predominância em Areias Quartzosas Marinhas, sendo esta tipologia de solo responsável por aproximadamente um terço da área total do município. Outras formações pedológicas significantes, como pode-se perceber através da Figura 16, são: cambissolo; glei; dunas e areias das praias; e podzólico Vermelho-Amarelo. Isto se dá, principalmente, pelo caráter litorâneo da localidade, bem como por esta ser encontrada em complexo de bacias sedimentares. As parcelas de área e percentuais referentes as tipologias encontradas seguem na Tabela 2.
Figura 16 – Pedologia do município de Imbituba/SC
Tabela 2 - Áreas por tipo de solo - Imbituba/SC
Tipo de solo Soma de Área (km2) Soma de Área (%)
Areias quartzosas marinhas 58,16 32%
Cambissolo 27,63 15%
Corpos de água e urbanização 27,92 15%
Glei pouco húmico 25,25 14%
Dunas e areias de praia 20,26 11%
Podzólico vermelho-amarelo 19,04 10%
Solos Orgânicos 3,77 2%
Afloramentos rochosos 0,89 0%
Total 182,92 100%
Fonte: (Dos autores, 2017).
2.5.3.1. Afloramentos Rochosos
Afloramentos rochosos são caracterizados como tipos de terrenos, e não como solos propriamente ditos. Estes apresentam ocupação de 0,08284 km² do perímetro Estadual, equivalente a 0,09% da área total. Caracterizam-se como exposições de rochas do embasamento, sendo eles, exemplificados pela EMBRAPA (2004) como rochas afloradas, lajedos e camadas muito delgadas de solo sobre rochas ou penedos, popularmente conhecidos como rochedos ou matacões, que apresentam diâmetro mediano maior que 100 centímetros.
Usualmente a aparição dessa pedologia, segundo estudo de Guerra (2011), está associada a superfícies de topografia robusta e um tanto de maciços montanhosos com dominância de formas acidentadas. Em terras catarinenses elas estão representadas, em sua maior parte, no quadrante que abrange Serra do Mar e Serra Geral.
2.5.3.2. Areias Quartzosas Marinhas
Qualificados como solos minerais não hidromórficos, podendo ser de horizontes profundos ou muito profundos, oriundos de sedimentos arenosos não consolidados do Quaternário, com textura de areia ao longo do perfil e sequência de horizontes A e C. Estas podem ser consideradas algumas das principais características de areias quartzosas marinhas. Em diversos casos, o desenvolvimento de horizontes não ocorre, excluso um horizonte A pouco expressivo, bruno-acinzentado escuro ou bruno claro acinzentado, frequentemente sem organização estrutural definida, que mesmo quando presente, é de considerável
inconsistência, com grãos pouco expressivos, e não-plástica. Outrora, o horizonte C apresenta coloração mais clara bruno forte ou bruno-amarelado, com consistência idêntica à do horizonte sobrejacente. Ocorrem no decorrer da orla marítima, com representatividade dadas por duas fixas, encontrando-se revestido por vegetação arbustiva e graminóide. (EMBRAPA, 2004).
2.5.3.3. Cambissolo
Cambissolos são solos minerais, não hidromórficos, de horizonte B bastante presente, com heterogeneidade de coloração, espessura e textura. Horizonte situado abaixo de qualquer tipo de horizonte A, exclui-se o fraco, ou sob horizonte H turfoso, possuindo sequência A, Bi, C ou H, Bi, C. São originários de rochas de composição, constituídas no embasamento do Complexo Brasileiro, n cruzamento com as metamórficas do Complexo Brusque. Estas que são, por Embrapa (2004), rochas instrusivas graníticas relacionadas ao Eo-Paleozóico, a depósitos sedimentares do Eo-Paleozóico, ao arenito Botucatu, e às rochas efusivas da Formação Serra Geral. Dispõe também, de algum grau de evolução, embora não o suficiente para meteorizar minerais como feldspato, mica, hornblenda, augita e outros.
2.5.3.4. Dunas e Areias das Praias
São organizados na mesma classe que os afloramentos rochosos, tipos de terrenos, devido a propriedades peculiares, não sendo tratados especificamente como pedologia. Apresentam ocupação de 0,29717 km² do perímetro estadual, equivalente a 0,31% da área total. Conhecidos de acordo com IBGE (2007), como grandes campos de dunas e praias encontrados na faixa costeira estadual e ao redor de algumas lagos e lagunas, sendo seu principal agente de formação, o vento. Este último enreda ou impossibilita a consolidação de vegetação, possibilitando a distinção, na orla marítima que corresponde à praia arenosa sob ação da água salgada, plantas halófitas, o que constitui uma flora paupérrima. Estes solos, por serem facilmente transportados, podem, em certas ocasiões, causar grandes transtornos ao redor de construções e obras de arte, se as mesmas não preverem em seus projetos, os incômodos causados pelo deslocamento de areias.
2.5.3.5. Glei Pouco Húmico
Gleissolos são substratos minerais hidromórficos pouco desenvolvidos, com forte presença de horizonte glei, e naturalmente saturados. Substratos desta natureza são denominados pela intensa gleização, como determinam os conceitos de Souza (1994). Esta classificação foi elaborada devido ao distinto regime de umidade redutor, que se processa em meio anaeróbico, com muita falta ou inexistência de oxigênio devido à perpétua saturação do solo. Em geral, solos possuintes destas características são desfavoravelmente drenados e com permeabilidade extremamente baixa endereçada ao seu caráter argiloso, e apresentam horizontes pouco profundos.
2.5.3.6. Podzólico Vermelho-Amarelo
A pedologia denominada Podzolico Vermelho-Amarelo, de acordo com IBGE (2007), abrange solos minerais não-hidromórficos, com horizonte B textural, em geral vermelho-amarelado ou bruno-a vermelhado, sob horizonte A moderado. Pode possuir índice de argila tanto baixo como alto, e possuir cota desde muito profundo, com mais de 2 metros, a pouco profundo, com 50 centímetros, apresentando peculiaridades entre médio a muito drenado.
2.5.3.7. Solos Orgânicos
Solos minerais não-hidromóficos, com frações vegetais de proporção elevada, em grau considerável ou não de decomposição, sendo estas exemplificadas por Souza (1995) como oriundas de amontoados de organismos residuais recentes, do período Holoceno, constituídos por porções de formação vegetal derivadas de manifestações biológicas que neles se efetuam, podendo conter frações de materiais finos gerados por estas formações. Materiais que usualmente apresentam coloração escura devido ao elevado teor de carbono orgânico e praticamente sem desenvolvimento pedogenético. Praticamente todo solo que obtiver índices maiores que 12% de carbono orgânico, 60% ou mais de argila presente no solo, 8% ou mais de C orgânico, independente de ser naturalmente ou artificialmente saturados, serão considerados, e tratados para efeitos de cálculo, como solos orgânicos.
