SUSCETIBILIDADE A ESCORREGAMENTOS TRANSLACIONAIS NA BACIA DE
DRENAGEM DE FRADINHOS, EM VITÓRIA-ES
Julia Frederica Effgen1; Jeniffer Oliveira Nepomuceno do Couto2; Patrício José Moreira Pires3 &
Eberval Marchioro4
ABSTRACT – Shallow landslides are common geomorphological processes in southeastern Brazil,
conditioned by characteristics of relief and climate, among other factors. In Vitória that’s also true, with major events of landslides causing human, economic and socio-environmental losses, like the Morro do Macaco landslide (1985). Therefore, we aim to analyze the areas susceptible to shallow landslides in the Fradinhos watershed through the physically based SHALSTAB model, which prioritize slopes and subsuperficial flow convergence in its calculations. For the model’s parameterization samples of soils were taken in three places with different land use and cover, and two had landslide scars on the proximities of the sampling sites. The Fradinhos watershed has most of its area classified as stable (42.5%), whereas 25.7% of the watershed’s area were classified as unstable areas. Those stable areas are associated with flat and lower slopes, with convex to straight flow convergence. The unstable areas area associated with steep slopes, with strong flow convergence. The intermediary stability classes amount to 31.8% of the watershed and are comprised of transition areas between the unstable and stable areas, with slopes varying from gentler to steeper ones and flow convergences ranging from convex to convergent. For validation, we used the Municipal Civil Defense’s reports of landslides to compare with the model and generate a contingence table. The model’s performance was satisfactory, as a first approach to the subject of shallow landslides on the Fradinhos watershed, with 61% of true positive rate.
Palavras-Chave – SHALSTAB, escorregamentos translacionais, suscetibilidade.
1) Doutoranda em Geografia, Programa de Pós-Graduação em Geografia – Universidade Federal do Espírito Santo, Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras, juliaeffgen@gmail.com, (27) 3335-7633
2) Licenciada em Geografia, Departamento de Geografia – Universidade Federal do Espírito Santo, Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras, nepcouto@hotmail.com, (27) 3335-7633
3) Professor, Departamento de Engenharia Civil – Universidade Federal do Espírito Santo, Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras, patricio.pires@gmail.com, (27) 4009-2652
4) Professor, Departamento de Geografia – Universidade Federal do Espírito Santo Av. Fernando Ferrari, 514, Goiabeiras, ebervalm@gmail.com, (27) 3335-7633
1 - INTRODUÇÃO
Os movimentos de massa são parte da dinâmica de evolução das encostas e provocam danos sociais, econômicos e ambientais, além de serem importantes mecanismos de remoção, transporte e deposição de sedimentos de áreas mais inclinadas para áreas planas ou para os cursos fluviais.
A região sudeste brasileira, por sua topografia íngreme e clima quente e úmido, se mostra especialmente propensa a ocorrência de movimentos de massa, em especial ao longo da Serra do Mar, tendo menções em diversas publicações sobre tais eventos, como as de Bigarella et al. (2003), Fernandes et al. (2004), Guidicini e Nieble (1983), etc.
Os movimentos de massa têm diversos fatores condicionantes para deflagração, sendo que estes podem estar associados à Geologia (litologia, padrões de fraturas, falhas, mantos de intemperismo, etc.), Geomorfologia (declividade, formas do relevo, orientação da encosta, etc.), Pedologia (descontinuidades do solo, depósitos de encostas, etc.) e Condições climáticas (regime pluvial e radiação solar, principalmente) locais e serem incrementados pela ação humana, sob a forma de desmatamento, cortes de taludes, descarte de lixo, esgoto e água de forma desordenada (Bigarella et al., 2003; Guidicini e Nieble, 1983).
Em Vitória (ES), as características naturais associadas a ação antrópica corroboram para a ocorrência de movimentos de massa, tal como a ocorrida em 1985, conhecida como a “Tragédia do Morro do Macaco”, quando a movimentação de blocos de rochas e terra em uma linha de drenagem, na face leste do Maciço Central de Vitória, promoveram a morte de 26 pessoas e deixando 1500 pessoas desabrigadas (Salaroli, 2003). Em função disto, o objetivo deste trabalho é analisar as suscetibilidades a escorregamentos translacionais existentes na bacia de drenagem de Fradinhos, localizada em Vitória, através do modelo de base físico-matemática (SHALSTAB).
1.1 -
Caracterização da área de estudo
A bacia de drenagem de Fradinhos se localiza na face sudeste do Maciço Central de Vitória, com 2,27 km² de área e abrangendo nove bairros (Figura 1).
Vitória é a capital do estado do Espírito Santo e tem população de 360 mil habitantes, distribuída em 96,5 km². Com encostas de alta declividade, sob ação de desmatamento, alterações nas vertentes para dar lugar a moradias e eventual acúmulo de lixo, os morros de Vitória passaram a sofrer processos erosivos e de movimentos de massa (IBGE, 2016; Vitória, 2013).
O clima da capital capixaba é quente e úmido, com temperatura média anual de 25,3°C e precipitação média anual de 1303,5 mm, para a normal climatológica de 1961-2015. Os meses de novembro a janeiro apresentam as maiores precipitações médias, enquanto o período entre junho e agosto apresentam as menores (Effgen, 2018).
A bacia de drenagem de Fradinhos tem uma única unidade geológica, Maciço Vitória, parte da Suíte Intrusiva do Espírito Santo, e tem idade entre 542-488 Ma (período Cambriano, era Paleozoica). A unidade Maciço Vitória apresenta granitos alcalinos, de granulação fina a média, e corpos quase circulares, sendo alguns de caráter intrusivo (BRASIL, 1983; 2015). Geomorfologicamente, a bacia está enquadrada na unidade de Colinas e Maciços Costeiros, caracterizada por ter cotas altimétricas baixas em relação às outras unidades do Domínio Morfoestrutural da Faixa de Dobramentos Remobilizados (do qual faz parte) (BRASIL, 1983; Coelho
et al., 2012).
O solo presente na bacia de Fradinhos é da classe Argissolo Vermelho-Amarelo Distrófico, caracterizado pelo horizonte A moderado, de textura de média-argilosa a muito argilosa e associado a relevo forte ondulado a montanhoso (BRASIL, 1983; Cunha et al. 2016).
1.2 -
Modelo SHALSTAB
O modelo ShallowStability (SHALSTAB), determinístico de base físico-matemática, foi desenvolvido por Montgomery e Dietrich (1994). O SHALSTAB é resultado da combinação de dois modelos: um hidrológico steady-state, ou seja, em condição de equilíbrio (O’Loughlin, 1986) e um de estabilidade de encostas baseado na Equação do Talude Infinito (Selby, 1993). A equação de
controle topográfico, utilizada para a realização deste trabalho, é apresentada na Equação (1).
log (𝑄 𝑇) = sen 𝜃 𝑎/𝑏 + 𝜌𝑠 𝜌𝑤 (1 −tan 𝜃 tan 𝜑) (1)
Onde Q é a chuva crítica necessária para a iniciação de escorregamentos translacionais (em m/dia), T é a transmissividade do solo (em m²/dia), a é a área drenada a montante (em m²), b é o
comprimento de contorno de cada elemento topográfico (em m), 𝜌𝑠 é a densidade aparente do solo
(em kg/m³) e 𝜌𝑤 é a densidade da água (em kg/m³), 𝜃 é a declividade (em graus) e 𝜑 é o ângulo de
Fernandes (2016) nota que apesar de ser steady-state, simulando apenas a situação limite do local de estudo, o modelo SHALSTAB é um dos mais utilizados no mundo, tendo vocação para repetibilidade e bons resultados em diversos países.
2 - MATERIAIS E MÉTODOS
Para a execução dos processos de mapeamentos e técnicas de geoprocessamento foram utilizados os softwares ArcMap™ 10.3 (ESRI, 2015) e Surfer™ 14 (Golden Software, 2017).
Os planos de informação de limites de unidades de federação e municipais foram obtidos no Portal de Mapas (IBGE, 2017). O ortofotomosaico de 2012 (pixel de 25cm) e shapefiles de curvas de nível (5m de equidistância) e pontos cotados e foram obtidos junto a Hiparc Geotecnologias LTDA, via Laboratório de Monitoramento e Modelagem de Sistemas Ambientais (IEMA, 2012a; 2012b).
O MDE foi gerado a partir das curvas de nível e pontos cotados, com pixel de 3m. A partir do MDE foram derivados os planos de informações de declividades, relevo sombreado e áreas de contribuição, sendo este último calculado utilizando o pacote TauDEM (Tarboton, 1997), e delimitada a bacia de drenagem de Fradinhos (Effgen, 2018).
Originalmente, o modelo SHALSTAB é executado de forma semiconcentrada, ou seja, apenas os valores derivados do MDE variam espacialmente, enquanto os valores de parâmetros geotécnicos não variam (Fernandes, 2016). Neste trabalho, porém, a aplicação do SHALSTAB foi feita de forma distribuída, com todos os valores variando espacialmente. Para tanto, o modelo foi implementado via Raster Calculator (ArcMap 10.3™) e os parâmetros geotécnicos (vide Tabela 1) foram interpolados através do método Inverse Distance to a Power (do Surfer™ 14), com potência igual a 2.
Tabela 1 – Nomes, coordenadas, altitude, densidade aparente, ângulo de atrito e uso e cobertura da terra dos pontos amostrados na bacia de drenagem de Fradinhos
Nome X Y Z Densidade aparente (𝝆𝒔) (kg/m³) Ângulo de atrito (ϕ) (°) Uso e cobertura da terra Floresta 360891 7754105 78,9 1610 30,58 Mata Atlântica Fonte Grande 360197,4 7753978,5 249,2 1500 27,52 Pastagem
Varejão 361277,9 7753698,1 46,8 1790 24,77 Área Urbana
A parametrização do modelo foi feita a partir de coletas de amostras indeformadas de formato cúbico (30cm de aresta), de acordo com a NBR 9604:2016 (ABNT, 2016). Com essas amostras, foram realizados ensaios de cisalhamento direto, para obtenção dos parâmetros de densidade aparente do solo e ângulo de atrito, de acordo com a norma D3080:2012 (ASTM, 2012).
A validação do modelo foi realizada através de tabela de contingência (Barella, 2016), ou seja, comparando as áreas previstas como estáveis ou instáveis (de acordo com a classificação de Zaidan, 2006) com os laudos registrados pela Defesa Civil da Prefeitura Municipal de Vitória (2016b).
3 - RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Figura 2 apresenta as suscetibilidades a escorregamentos translacionais na bacia de drenagem de Fradinhos. Suscetibilidade é a “propensão dos terrenos ao desenvolvimento de um
fenômeno ou processo do meio físico” (IPT, 2014).
A classe de maior frequência é de baixa suscetibilidade, ocupando 41,5% da área total da bacia (Figura 2). Esta classe se associa aos terços superiores e/ou inferiores das encostas, com pouca convergência de fluxos e pequenas áreas de contribuição a montante.
Figura 2: Suscetibilidade a escorregamentos translacionais, com resultados em log (Q/T), da Bacia de Drenagem de Fradinhos
Ainda em relação às porções estáveis da bacia, a classe “Incondicionalmente estável” ocupa 1% da área total e mantém estabilidade mesmo em situação de saturação, uma vez que está associada às porções planas da bacia.
A segunda classe de maior predominância é a de média instabilidade, com 31,8% da área total da bacia. As vertentes associadas a esta classe são as de zonas de transição entre as porções de instabilidade e estabilidade, tendo declividade variando de média a alta (de 20 a mais de 75%), curvaturas variando de divergência a convergência de fluxos e áreas de contribuição medianas (Effgen et al., 2018).
A terceira classe de maior predominância é a de áreas “Incondicionalmente instáveis”, com 19% do total da bacia. Como pode ser observado na Figura 2, as zonas de instabilidade se associam,
predominantemente, aos terços superiores e médios das encostas, com altas declividades, grandes áreas de contribuição e concavidades (hollows).
A vertente leste da bacia, onde há maior concentração de laudos de escorregamentos translacionais, apresenta alta suscetibilidade, em função das altas declividades, apesar das formas retilíneas e pouco côncavas.
Nas proximidades do ponto amostral “Varejão” há a maior concentração de áreas instáveis da bacia de drenagem de Fradinhos. Tal fato pode ser explicado pelas altas declividades encontradas na região (Couto, 2018; Effgen, 2018; Effgen et al., 2018) e convergências de fluxos – fatores topográficos privilegiados pelo modelo SHALSTAB na análise de suscetibilidades a escorregamentos. Além disso, o ângulo de atrito do ponto “Varejão” foi o mais baixo dentre os amostrados na bacia, enquanto sua densidade aparente foi a mais alta (Tabela 1). O ângulo de atrito interno, em situação de saturação do material (quando a coesão pode chegar a zero), se torna o principal fator de resistência do material ao cisalhamento (Guidicini e Nieble, 1983). A densidade aparente, por sua vez, é um indicador aproximado do estado do material e suas características de resistências (Selby, 1993).
Dos 21 laudos registrados de escorregamentos translacionais na bacia de drenagem de Fradinhos, três foram classificados em área de estabilidade média, enquanto onze ficaram em áreas instáveis (configurando verdadeiros positivos) e sete ficaram em áreas estáveis, configurando falsos positivos.
Assim, a taxa de verdadeiro positivo alcançada por esta modelagem é de 61%, enquanto a de falso positivo é de 39%, tornando esta modelagem satisfatória, como uma primeira aproximação à problemática de análise de suscetibilidades a escorregamentos na região de estudo.
4 - CONCLUSÕES
A bacia de drenagem de Fradinhos tem 42,5% de sua área classificada como estável, estando esta classe associada aos terços inferiores, médios e superiores das vertentes, de baixa declividade ou planas e de baixa convergência de fluxos. As porções instáveis, por sua vez, somam 25,7% da área total da bacia, estando distribuídas em vertentes de alta declividade, de caráter retilíneo a convergente, nos terços médios e superiores das encostas.
As áreas de média estabilidade respondem por cerca de 32% da área da bacia e são zonas de transição entre as áreas de estabilidade e instabilidade, com declividades de média a alta, curvaturas de relevo variando de convergência a divergência de fluxos e áreas de contribuição medianas.
A taxa de verdadeiros positivos alcançada pela modelagem realizada neste trabalho foi de 61%, considerada um resultado satisfatório, porém é recomendável a realização de novas modelagens com maior parametrização e utilização de outros modelos, para a obtenção de resultados mais fiéis e realistas para a bacia em análise.
AGRADECIMENTOS
Agradecemos à Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES) pela bolsa concedida à autora, à Prefeitura Municipal de Vitória (PMV), à Universidade Federal do Espírito Santo (UFES), à equipe do Laboratório de Monitoramento e Modelagem de Sistemas Ambientais (LAMOSA/UFES), à equipe do Laboratório de Solos da Engenharia Civil/UFES, ao Programa de Pós-Graduação em Geografia (UFES) e à Pró-Reitoria de Extensão (UFES) pelo apoio dado ao desenvolvimento pleno desta pesquisa.
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