ESCOLA DE ENGENHARIA ENGENHARIA CIVIL
GABRIELLA TEIXEIRA DIAS LEITE RAISSA ZACHELLO GOMES PINHEIRO
RUANE DA CUNHA GRACIO
MONITORAMENTO DE ÁREAS DE RISCO COM A UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO
São Paulo 2016
GABRIELLA TEIXEIRA DIAS LEITE RAISSA ZACHELLO GOMES PINHEIRO
RUANE DA CUNHA GRACIO
MONITORAMENTO DE ÁREAS DE RISCO COM A UTILIZAÇÃO DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO
Projeto do Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie, como requisito parcial para a obtenção do Título de Engenheiro.
ORIENTADOR: PROF. DR. SERGIO VICENTE DENSER PAMBOUKIAN
São Paulo 2016
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais GPS Global Positioning System
IS Índice de Sucesso
SIG Sistema de Informação Geográfica MDT Modelo Digital de Terreno
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 4 1.1 OBJETIVOS ... 6 1.1.1 Objetivo geral ... 6 1.1.2 Objetivos específicos ... 6 1.2 JUSTIFICATIVA ... 6 1.3 METODOLOGIA ... 7 1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 8 1.5 CRONOGRAMA DE ATIVIDADES ... 9 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 10 REFERÊNCIAS ... 14
1 INTRODUÇÃO
Ultimamente tem-se observado um aumento na ocorrência de desastres naturais no Brasil devido às ações antrópicas ou intempéries no meio. Em virtude disto, é necessário que haja um avanço nas técnicas de monitoramento das áreas de risco. Nessas regiões não é recomendada a construção de casas ou instalações por conta da topografia do terreno, falta de estabilidade do solo, ou proximidade aos cursos d’água. Além disso, podem ocorrer situações de risco temporárias, denominadas estado de emergência, onde uma região restrita é atingida por fatores não previstos, como chuvas fortes ou estiagens.
Dentre os fenômenos naturais que ocorrem em áreas de risco mais comuns no Brasil, pode-se citar as erosões, as secas, as inundações e os escorregamentos de terra, sendo estes dois últimos os mais preocupantes pelo elevado número de vítimas fatais e grandes prejuízos materiais gerados nas últimas décadas.
O deslizamento de terra é uma movimentação de materiais sólidos, tais como rochas, solos e vegetação, ao longo de taludes de corte ou naturais, e aterros. Os fatores que influenciam a ocorrência desse processo estão ligados ao tipo de solo e a declividade da encosta, sendo intensificados com a retirada da cobertura vegetal para ação e habitação humana, geralmente irregular e desordenada. Quando ocorrem grandes precipitações, a probabilidade de o solo ficar saturado e vir a romper é maior, uma vez que a vegetação, responsável por ajudar a manter a coesão do solo, for retirada, facilitando a infiltração e acúmulo de água. Esta é uma realidade que poderia ser evitada ao impedir a ocupação irregular ou desocupar tais áreas de risco.
Para Ortega (2013, não paginado),
Não há, porém, nenhuma perspectiva de que essa situação se modifique, a curto prazo, uma vez que devido à crescente desigualdade socioeconômica associada ao desemprego, à falta de moradia, à deseducação, etc., a ocupação de encostas sem os cuidados necessários tende a aumentar, levando a um consequente aumento do número de acidentes dessa natureza. Além desse desastre natural, é possível citar as enchentes e inundações. Ocorrem quando a vazão de água da chuva aumenta em um certo período de tempo e excede a capacidade de escoamento dos sistemas de drenagem das cidades, extravasando rios ou córregos e tomando as regiões próximas. Assim como os deslizamentos, esse fenômeno pode ser agravado pelas práticas humanas.
Para Tominaga, Santoro e Amaral (2009, p. 41),
Em condições naturais, as planícies e fundos de vales estreitos apresentam lento escoamento superficial das águas das chuvas, e nas áreas urbanas estes
5 fenômenos têm sido intensificados por alterações antrópicas, como a impermeabilização do solo, retificação e assoreamento de cursos d’água. No Brasil, presenciamos a ideia de que remediar é melhor do que prevenir. Isso se torna evidente com a resposta aos investimentos em desastres naturais ser maior do que em prevenção “[...] o Ministério da Integração aplicou R$ 7,3 bilhões na rubrica "Respostas aos Desastres e Reconstrução" e R$ 697,8 milhões em "Prevenção e Preparação para Desastres"[...]” (QUERO, 2013, não paginado).
Em consequência disso, o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), após questionar a possibilidade de prever e evitar a ocorrência de desastres naturais, criou o Terra MA². Trata-se de uma plataforma para o desenvolvimento de aplicativos de monitoramento, análises e alertas para fatores ambientais intensos (LOPES, 2014).
A principal função do Terra MA² é emitir alertas com parâmetros a respeito da situação de risco de determinada região. Para isso, utiliza-se como base o Sistema de Informação Geográfica (SIG), o qual é responsável pela associação de dados com informações cartográficas, integrando em tempo real, dados ambientais do local estudado (climáticos, hidrológicos, entre outros), registrados por servidores. Esses são transmitidos para a rede do sistema, com informações de risco ou vulnerabilidade da área, comparadas com as inseridas pelo usuário. Se existirem bases geográficas adicionais, como ocupação humana inapropriada ou instalações de infraestrutura, que estiverem dentro da área afetada pelo evento monitorado, serão integradas ao sistema também. Com base na programação inserida, ao detectar situações de risco, alertas serão emitidos aos usuários via e-mail ou aplicativos de celular. Paralelamente, mapas das áreas são gerados e atualizados em tempo real pelo sistema na internet, usando cores para representar a intensidade dos riscos (LOPES, 2014).
O Brasil não possui um banco de dados de ocorrência de desastres naturais, dificultando a compreensão do comportamento dos mesmos e suas consequências (TOMINAGA; SANTORO; AMARAL, 2009, p. 22). Devido à realidade do aumento das chuvas, agressividade das precipitações e extremos climáticos, fica evidente a necessidade de monitorar as diversas regiões que estão sujeitas a essas mudanças. Com isso, esse trabalho tem como objetivo verificar a viabilidade das geotecnologias para detectar e analisar áreas de risco, assim como representar os resultados com um estudo de caso utilizando o software Terra MA².
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo geral
Analisar a contribuição das técnicas de Geoprocessamento na prevenção e alerta de desastres naturais em áreas de risco.
1.1.2 Objetivos específicos
Analisar as causas e dinâmicas dos desastres naturais em áreas de risco no Brasil e avaliar as técnicas de geoprocessamento na previsão dessas ocorrências, condicionantes técnicos, resultados e limitações.
1.2 JUSTIFICATIVA
O início das medições modernas de temperaturas se deu em 1850, através das quais foi possível constatar que a primeira década do século XXI foi a mais quente do planeta desde então. Essa mudança climática resultou em um aumento nas ocorrências de desastres naturais ao redor do mundo (SPITZCOVSKY, 2013).
“No Brasil, não foi diferente. A ocorrência de desastres naturais aumentou 268% na década de 2000, em comparação aos 10 anos anteriores.” (SPITZCOVSKY, 2013, não paginado).
O país apresentou um crescimento em todos os tipos de desastres naturais característicos do continente americano, porém “[...] os deslizamentos (movimentos de massa) registraram o maior avanço nessas duas décadas. Entre a década de 1990 e a dos anos 2000, houve uma alta de 21,7 vezes no número de ocorrências.” (BALDAN, 2012, não paginado).
Esse tipo de desastre ocorre, na maioria das vezes, nas periferias das cidades, demonstrando um reflexo da desigualdade social no país. As moradias construídas nos morros e encostas são fatores preocupantes, pois, segundo Silva (2016), apesar de serem regiões com terrenos de valores inferiores aos do centro das cidades, ou até mesmo ocupados irregularmente, estão com a segurança comprometida, já que possuem o solo desprotegido pela retirada da vegetação, podendo vir a deslizar com a ocorrência de chuvas.
Além do crescimento dos deslizamentos de terra, outros desastres mais ocorrentes são a seca, principalmente no Nordeste, e as inundações. Segundo Baldan (2012), a
7 seca representa 50,34% dos registros ou 16.449 ocorrências, e as inundações bruscas (enxurradas), apresentam 6.771 ocorrências, sendo as que deixaram a maior quantidade de mortos, um total de 1.066.
No caso das enchentes e inundações, o cenário é parecido com o de deslizamentos. Esses fenômenos não seriam considerados situações de risco se a população não tivesse ocupado ou modificado as planícies de inundação.
[...] a retirada da mata ciliar que acompanha o trajeto dos rios promove o aumento do escoamento superficial em direção dos cursos dos rios, potencializando as enchentes. A duplicação de vias expressas em direção das várzeas dos rios, assim como a canalização e a retificação dos cursos d’água superficiais modificaram a dinâmica hidrológica e dos solos, agravando os riscos de assoreamento dos rios e das enchentes. As águas também encontram outro obstáculo: o lixo acumulado em bueiros, ruas e avenidas, que se juntam aos sedimentos e extravasam os canais. A combinação de chuvas convectivas, concentração populacional, ocupação irregular e a falta de planejamento podem ser consideradas os maiores fatores que conduzem ao cenário de catástrofes que somos obrigados a conviver na época das estações chuvosas. (SILVA, 2016, não paginada).
Diante disso, percebe-se a necessidade de estudar e analisar as regiões que estão mais propícias a esses fenômenos, verificando a contribuição do Geoprocessamento para prevenção e emissão de alertas diante da possibilidade de ocorrências, evitando a perda de vidas, bens e também, servindo como uma plataforma de conscientização para construção de casas em áreas que não sejam de risco.
1.3 METODOLOGIA
Este trabalho será desenvolvido por meio de pesquisas teórica e prática. A pesquisa teórica terá como fundamento buscar informações de ocorrências de desastres naturais no Brasil, nos últimos anos. Além disso, será estudado o funcionamento do software Terra MA², suas ferramentas e o modo de obtenção dos dados e resultados do estudo de caso.
A pesquisa prática será realizada a partir de levantamento de dados colhidos em campo pelo servidor do software, em tempo real, que serão analisados por uma programação, realizada no laboratório de geotecnologias, para avaliar o risco da região de estudo.
Porém, há algumas limitações na utilização do sistema, já que não foram encontradas pesquisas que usaram a ferramenta do servidor em tempo real e acesso aos dados automaticamente.
Há pretensões de pesquisar os deslizamentos e enchentes ocorridos na Região Metropolitana de São Paulo, em março de 2016. Serão utilizadas também imagens de sensoriamento remoto da condição atual das áreas de risco comparando-as com a situação anterior aos desastres.
1.4 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho será estruturado em cinco seções:
A seção 1 será composta pela introdução, na qual se apresentará uma visão ampla a respeito do assunto tratado, assim como a justificativa do problema pesquisado, os objetivos e o método para alcançá-los.
A seção 2 se aprofundará nos desastres naturais, com foco nos deslizamentos de terra e enchentes, explicando os motivos de ocorrências, como podem ser evitados e situações passadas no Brasil. Além disso, apresentará uma revisão da literatura, contendo informações sobre as áreas de risco no país, por que surgem e como evitá-las.
A seção 3 explicará como o software Terra MA² poderá ser usado para detectar uma situação de risco, principalmente deslizamentos de terra e enchentes, visando sua prevenção com o uso de técnicas de Geoprocessamento. Será definida uma região para um estudo de caso, onde já tenha histórico desse tipo de desastre, a princípio na região Metropolitana de São Paulo.
A seção 4 irá apresentar os resultados do estudo de caso, e a verificação da eficiência do software para o monitoramento das áreas de risco, podendo prevenir futuros desastres naturais.
A seção 5 apresentará a conclusão final do trabalho, alcançada através do estudo de caso, indicando possíveis continuações dessa linha de pesquisa.
9 1.5 CRONOGRAMA DE ATIVIDADES
ATIVIDADES 20/8 27/8 3/9 10/9 17/9 24/9 1/10 8/10 15/10 22/10 29/10 5/11 12/11 19/11
Ampliação das referências X X X X X X X X
Seção 2 – 2.1 Estudar os principais desastres naturais
X X X
Seção 2 – 2.2 Analisar os deslizamentos de terra ocorridos no Brasil
X X X
Seção 3 – Estudar o funcionamento do software Terra MA²
X X X
Seção 3 – Busca de dados para o estudo de caso
X X X
Seção 3 – Simulação do estudo de caso no software
X X X X X
Seção 4 – Redação - Resultados e análise da pesquisa prática
X X X
Seção 4 – Resultados e discussão sobre a viabilidade de prevenção de desastres naturais com técnicas de
Geoprocessamento.
X X X
Seção 5 – Conclusão X X
Revisão Final X X
2 REVISÃO DA LITERATURA
Diversos estudos apontam a influência da urbanização e crescimento populacional na ocorrência de desastres naturais no Brasil. A escassez de regiões planas disponíveis impulsiona a ocupação de encostas, consideradas áreas de risco. Além disso, essas são ocupadas por população de baixa renda, devido ao preço mais acessível, visto que não possuem o devido tratamento de esgoto, saneamento básico, planejamento urbano, entre outros (ROSSETI; SAV, 2013).
Com o intuito de comprovar o aumento populacional e a renda ao redor de uma região em estudo, pode-se utilizar os dados do Censo Demográfico de 2000 e 2010 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), assim como usado na pesquisa de Marandola Junior et al. (2013).
Apesar de habitarem em áreas de risco, nem sempre é de conhecimento da população a necessidade de se realocar. Isso ficou evidente na pesquisa de Cavalcante (2013), que afirmou que através de sua análise, foi possível compreender o comportamento dos indivíduos diante dos riscos, como aceitação e rejeição de determinados riscos. Por isso, pesquisas de natureza qualitativa são de fundamental importância para oferecer subsídios ao planejamento e gestão urbana, com medidas compatíveis com os anseios da população.
Além disso, de acordo com Tucci e Clarke (1998) apud Canavesi et al. (2013), essa ocupação humana e a consequente mudança do ambiente natural aceleram os processos erosivos, provocando um aumento do escoamento médio superficial.
Segundo Rossetti et al. (2007) apud Canavesi et al. (2013),
As áreas cobertas por vegetação podem controlar e prevenir desastres naturais causados por movimento de massa como, por exemplo, os desmoronamentos e os deslizamentos de terra nas encostas de locais montanhosos. Evita ainda outros problemas, como assoreamento de corpos d’água e inundações.
Dependendo do tipo de solo, essa combinação de fatores pode ocasionar deslizamentos de terra, classificados por pesos de acordo com o uso de solo, curvatura horizontal e vertical, declividade, geomorfologia, classe de solo e geologia, assim como mostra a Tabela 1, retirada da pesquisa de Canavesi et al. (2013).
Esses pesos foram baseados na premissa de que solos com maior quantidade de areia tendem a ser mais susceptíveis que os solos mais argilosos, basicamente devido à facilitação do processo de infiltração de água dos solos arenosos e por geralmente serem solos mais rasos que os argilosos, contradizendo o autor Fu et al. (2011) apud Fonseca (2014), o
11 qual concluiu, com experimentos de avaliação de erosão e textura do solo, que aqueles com elevada quantidade de silte apresentam maior suscetibilidade à erosão frente aos argilosos e arenosos sob as mesmas condições, devido ao maior escoamento superficial. Mesmo assim, ambos concordam que a presença de cobertura vegetal influencia na intensidade de erosão. Tabela 1 – Dados levantados e seus pesos com relação a susceptibilidades ao deslizamento.
Fonte: Canavesi et al., 2013.
Além da classificação por pesos, há também a possibilidade de avaliar as condições do solo por outros critérios utilizados em três referências diferentes, que são baseados em uma escala de 4 graus de probabilidade de ocorrência dos processos, com base nas informações geológico-geotécnicas, porém cada um utiliza um método diferente para chegar a esses níveis: baixo ou sem risco (R1), médio (R2), alto (R3) e muito alto (R4).
A primeira referência coletou dados por meio de visitas técnicas, visando obter um índice de vulnerabilidade físico espacial para elaboração do mapa de risco geomorfológico. Dentre os parâmetros analisados estão declividade, drenagem natural, rede de esgoto sanitário, redes de águas pluviais, abastecimento de água, lançamento de detritos, existência de corte e/ou aterros, existência de obras de estabilização, cobertura vegetal, aspectos geotécnicos das moradias, situação dos imóveis, qualidade da fundação das moradias, porcentagem de ocupação da encosta, acessos viários, acesso para pedestre e densidade de ocupação da encosta (SILVA et al., 2014).
A segunda referência calcula os riscos ao escorregamento com base em duas fórmulas: uma envolve a probabilidade de ocorrência e consequência (número de moradias inseridas no setor de risco), e a outra a probabilidade de ocorrência, os elementos submetidos
ao risco (pessoas e propriedades) e a vulnerabilidade (grau de perda de um determinado elemento) (ZIEGLER, 2013).
A terceira referência, dos autores Rosseti e Sav (2013), baseou-se em documentos existentes, histórico da cidade e fotos, definindo dois tipos de categorias para os graus de risco: geotécnicos, dependendo da declividade e cobertura vegetal, e áreas alagáveis, consideradas a partir da proximidade de locais sujeitos a inundação. Essas duas categorias classificam a região de acordo com os quatro tipos de risco, variando entre baixo e muito alto.
A partir dessas classificações, é possível determinar, pelo grau de salubridade, as ações que devem ser tomadas e o grau de prioridade de cada uma, com base na iminência de desastres ou na necessidade de melhoria habitacional. No caso de relocação devido a altos riscos dos deslizamentos de encostas ou inundações, por exemplo, especifica-se grau de alta prioridade. Já no caso de riscos inexistentes e moradias salubres, a priorização de ações receberia grau nulo frente às demais (NASCIMENTO; FILGUEIRA; SILVA, 2013).
Através da classificação das áreas de risco, é possível relacioná-las com mapas de deslizamentos por índices, dentre eles o índice KAPPA, que considera os acertos e erros na classificação de pixels tidos como instáveis ou estáveis, e o índice de sucesso (IS), que considera apenas os pixels instáveis. Por isso, na conclusão dessa pesquisa, o autor considera o índice KAPPA mais confiável na determinação do modelo (LOPEZ, 2014).
Esses mapas são realizados a partir de técnicas de Geoprocessamento, ferramenta de importante utilidade para análises ambientais, por exemplo, o monitoramento da cobertura vegetal e uso das terras, níveis de erosão do solo, poluição da água e do ar, disposição irregular de resíduos, e assim por diante.
Para realização das curvas de nível e topografia nesses mapas, é necessário a utilização de um SIG, gerando um Modelo Digital de Terreno (MDT) ou Modelo Digital de Elevação (MDE), os quais auxiliam na comparação de cenários antes e depois de algum deslizamento ocorrido, o que pode ser visto nas pesquisas de Silva (2013) e de Luiz et al. (2014).
Por isso, percebe-se que a utilidade do Geoprocessamento é ímpar devido à capacidade de coleta de dados espaciais relevantes para diversos estudos e também a utilização de softwares para representação e previsão de alguns fenômenos (TEIXEIRA, 2015).
Pode-se usar como exemplo algumas pesquisas que utilizaram essas técnicas, dentre elas a de Júnior e Dorigon (2015), que faz uma análise da aproximação de fortes chuvas no Rio de Janeiro, verificada por imagens de satélite, que poderiam ter sido usadas
13 para prevenir o deslizamento de terra ocorrido. Outro exemplo é o mapeamento de inundações em Joinville, que utilizou levantamentos topográficos em campo e com isso realizou um hidrograma de entrada, simulando com softwares como FLO-2D e SHALSTAB, a partir do ensaio de cisalhamento direto e o ensaio tri-axial (KOBIYAMA et al., 2014).
O Geoprocessamento serve também como monitoramento ambiental e manejo da população, quando submetidas a um elevado grau de deslizamento.
Para Brito (2013),
Os processos de monitoração consistem na coleta de um conjunto de sinais e parâmetros, provenientes do solo das encostas, que possam ser usados para o reconhecimento das dinâmicas dos solos. Combinando os sinais provenientes do solo e parâmetros que reflitam os fatores climáticos e antrópicos, causadores de desestabilizações e deslizamentos, torna-se possível utilizar estes dados combinados em modelos de avaliação de risco para realizar a predição de deslizamentos.
Esses dados podem ser obtidos a partir de sensores capazes de fornecer as condições atuais que se encontram o solo. O autor Brito (2013) menciona a utilização de um sensor multiparamétrico de encosta, o qual consiste em um conjunto de sensores dispostos sobre uma haste de aço que deve ser encravada no solo, são eles: de deformação; de aceleração; de umidade e acústicos.
A partir de toda essa análise, foi notável a importância da utilização de técnicas e ferramentas de Geoprocessamento para o estudo de áreas de risco. Com isso, essa pesquisa irá tratar da eficiência no uso do software Terra MA² para a prevenção e emissão de alertas frente a possibilidade de ocorrência de desastres naturais em uma região escolhida como estudo de caso.
REFERÊNCIAS
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ZIEGLER, Guilherme La Flor. Avaliação do risco a escorregamentos devido a ocupação urbana na Vila Bela Vista em Santa Maria-RS. 2013. 143 f. Dissertação - Curso de Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2013. Disponível em: <http://w3.ufsm.br/ppgec/wp-content/uploads/Dissertacao - Guilherme Ziegler.pdf>. Acesso em: 14 abr. 2016.
