CAROLINA MONTEIRO DE CARVALHO
AVALIAÇÃO DA SUSCETIBILIDADE AOS
MOVIMENTOS DE MASSA NOS ENTORNOS DOS
POLIDUTOS DE CUBATÃO (SP), COM O APOIO
DE TÉCNICAS DE GEOPROCESSAMENTO
Monografia apresentada à Comissão do Trabalho de
Formatura do Curso de Geologia do Instituto de
Geociências e Ciências Exatas – UNESP, campus de
Rio Claro, como parte das exigências para o
cumprimento da disciplina “Trabalho de Formatura
no ano letivo de 2003”
Orientadora – Profa. Dra. Paulina Setti Riedel
Rio Claro – SP
Aos meus pais, que sempre me ajudaram de todas as formas possíveis
AGRADECIMENTOS
Agradeço muito à Paulina Setti Riedel, pela orientação neste
trabalho, dedicação, apoio, confiança e sobretudo pela amizade.
Agradeço ao Eymar Lopes, pela constante e fundamental ajuda ao
longo de todo o trabalho, e pelas dicas para melhorá-lo sempre mais, e
também a todos os colegas de orientação Mirley, Thomaz, Daniel,
Felipe, Sâmia, Luquinha e Lia .
Agradeço aos professores Dimas Dias Brito, pelo apoio ao
projeto, e Leandro Cerri, pelos conselhos e discussões.
Meus sinceros agradecimentos aos meus pais, Roseli e Neulis,
porque sem eles, não teria chegado até aqui. Agradeço também ao meu
irmão Adriano, pelo companheirismo e todos os momentos alegres.
Agradeço especialmente ao Fábio, por ter estado sempre comigo
ao longo desses cinco anos, em todos os momentos, e também pela
paciência, já que, sem uma boa dose dela, não teríamos chegado até
aqui juntos.
Aos meus amigos Ana Olívia, Cláudia, Fred, César, Márcia
Ishikawa, Felipe, Wilson, Damaris e Ana Carolina Nocentini, obrigada
pela amizade, cumplicidade e por terem de alguma forma me
incentivado e encorajado nas etapas finais da graduação.
Agradeço muito aos meus grandes amigos Priscila e Ricardo, que
mesmo estando longe, sempre me encorajaram, me ouviram e estavam
presentes quando precisei.
Agradeço também à Heloísa Partezani, pela grande amizade.
A todos os formandos de 2003, obrigada pela companhia, viagens,
longas conversas e festas durante esses cinco anos.
SUMÁRIO
I – I
NTRODUÇÃO 10II – ASPECTOS GERAIS DA ÁREA DE ESTUDO 12
III – FUNDAMENTAÇÃO BIBLIOGRÁFICA 23
IV – MÉTODOS E PROCEDIMENTO DE EXECUÇÃO 54
V – RESULTADOS OBTIDOS 61
VI – TRATAMENTO E INTEGRAÇÃO DE DADOS 72
VII – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 82
VIII – CONSIDERAÇÕES FINAIS 87
ÍNDICE
I – INTRODUÇÃO 10
1 – Objetivos 11
2- Justificativas 11
II – ASPECTOS GERAIS DA ÁREA DE ESTUDO 12
1- Localização da área e vias de acesso 12
2- Geologia regional 13 3- Geologia estrutural 16 4- Geomorfologia 18 5- Clima 20 6- Pluviometria 20 7- Vegetação 21 8- Hidrologia 21
III- FUNDAMENTAÇÃO BIBLIOGRÁFICA 23
1- Sensoriamento remoto 23
1.1 – O LANDSAT 7 ETM+ 24
1.2 – Aplicações do sensoriamento remoto 25 2- Sistemas de Informação Geográfica (SIGs) 27
2.1 – Modelagem de dados em SIG 31
2.1.1 – Modelo Booleano 31
2.1.2 – Métodos de Lógica Difusa ou Fuzzy 32
2.1.3 – Modelo Probabilístico Bayesiano 32
2.1.4 - Processo Analítico Hierárquico (AHP) 32 2.2 – Processamento digital de imagens (PDI) 36
2.2.1 – Ampliação de contraste 37
2.2.2 - Composições coloridas 39
2.2.3 – Análise por Principais Componentes 40
3- Movimentos gravitacionais de massa 42
3.2 – Condicionantes dos movimentos gravitacionais de massa 48
IV – MÉTODOS E PROCEDIMENTO DE EXECUÇÃO 54
1 – Etapas de Trabalho 55
1.1 – Pesquisa bibliográfica e aquisição de dados 55 1.2 – Seleção da área de estudo 56 1.3 – Levantamento das variáveis 56 1.4 – Elaboração dos mapas temáticos 57
1.4.1. - Mapa base 57
1.4.2. - Mapa de declividade 58
1.4.3 - Mapa geológico, mapa geomorfológico e mapa de vegetação
59
1.4.4. - Mapa de cicatrizes de escorregamentos translacionais
60
1.5 – Tratamento e integração dos dados 60
V – RESULTADOS OBTIDOS 61
1- Processamento de imagens TM 61
2 – Mapa de declividade 65
3- Mapa geomorfológico, geológico e de vegetação 67 4- Cicatrizes de escorregamentos translacionais 70
VI – TRATAMENTO E INTEGRAÇÃO DOS DADOS 72
1 - Definição dos pesos aos mapas temáticos 72 1.1. - Pesos das classes dos mapas temáticos 75
1.1.1. - Classe Geologia 75
1.1.2 - Classe Declividade 76
1.1.3. - Classe Vegetação 77
1.1.4. - Classe Geomorfologia 78 2 - Aplicação do Processo Analítico Hierárquico (AHP) 79
VII – DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 82
VIII – CONSIDERAÇÕES FINAIS 87
1 - Conclusões 87
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Mapa de localização do município de Cubatão, Baixada Santista.
12
Figura 2: Mapa geológico da área de estudo.
14
Figura 3: Representação de possibilidades de entradas de informaçãonum SIG.
28
Figura 4: A) Histograma de imagem original, isto é, não manipulado pela ampliação de contraste, mais “estreito”. B) Histograma já manipulado pela técnica, mais “aberto”.
38
Figura 5: Fluxograma de atividades para a execução do projeto de pesquisa.
54
Figura 6: Composição colorida 3(B), 4(R) e 5(G), gerada pelo software SPRING.
62
Figura 7: Imagem processada pela técnica da transformação por Principais Componentes, no SPRING, do LANDSAT 7 ETM+ - PC1(B) , PC2(G), PC3(R).
64
Figura 8: Carta de declividade da área de estudo, gerada no software SPRING.
66
Figura 9: Mapa geomorfológico da área de estudo.
68
Figura 10: Mapa de vegetação da área de estudo.69
Figura 11: Análise por Componentes Principais (PC1B) (PC2G) (PC3R),gerada no SPRING, contendo as cicatrizes de escorregamento.
71
Figura 12: Visualização do procedimento para a comparação pareada no software SPRING.
73
Figura 13: Carta de Suscetibilidade aos escorregamentos translacionais.
84
Figura 14: Representação da Carta de Suscetibilidade gerada acoplada àimagem de Principais Componentes.
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 01: Representação dos modelados geomorfológicos presentes na área de estudo.
19
Tabela 02: Representação das fases dos SIGs. 29 Tabela 03: Escala de Valores AHP para Comparação Pareada. 33 Tabela 04: Importância relativa atribuída às variáveis, segundo o
software IDRISI.
34
Tabela 05: Classificação de movimentos gravitacionais de massa, apresentada por Augusto Filho (1992).
43
Tabela 06: Classificação de movimentos de massa apresentada por Guidicini e Nieble (1984).
45
Tabela 07: Classificação de movimentos de massa proposta por Vargas (1999).
46
Tabela 08: Agentes dos movimentos de massa 49 Tabela 09: Causas dos movimentos de massa 50 Tabela 10: Pesos atribuídos aos condicionantes abordados. 74 Tabela 11: Representação dos pesos atribuídos as classes temáticas de
geologia
75
Tabela 12: Pesos atribuídos as classes temáticas de declividade. 76 Tabela 13: Pesos atribuídos às classes temáticas de vegetação. 78 Tabela 14: Representação dos pesos da classe temática geomorfologia 78 Tabela 15: Relação entre a tipologia das encostas e a espessura do
solo (IPT, 1998).
79
Tabela 16: Representação do fatiamento das três classes de suscetibilidade elaboradas no processo.
81
I - INTRODUÇÃO
Este projeto utiliza imagens do sensor remoto LANDSAT 7 ETM+, Sistemas de Informação Geográfica e técnicas de processamento digital de imagens para avaliar a suscetibilidade aos movimentos de massa nos entornos dos polidutos de Cubatão, Baixada Santista.
Os processos naturais que ocorrem na Serra do Mar, região submetida à alta pluviosidade, envolvem principalmente movimentos de massa. No município de Cubatão, as porções da Serra do Mar próximas a áreas urbanas e industriais tem sido ocupadas inadequadamente. A vegetação apresenta-se degradada devido à ação dos poluentes oriundos das atividades industriais do município. A perda da cobertura vegetal devido à ação dos poluentes atmosféricos, associada à chuva e ainda a outros fatores como tipos de rocha ou solo alterados e altas declividades existentes na Serra condicionam uma predisposição a processos erosivos causados por fatores que geram instabilidade no solo ou rocha, levando a movimentação destes para baixo, devido à ação da gravidade, caracterizando portanto, os movimentos de massa. Na área de estudo, o movimento de massa mais comum é o chamado escorregamento translacional.
As imagens de satélite foram utilizadas para delimitar a área de estudo, necessitando para tal, serem processadas adequadamente. Os Sistemas de Informação Geográfica foram utilizados para a integração de dados espaciais e dados do meio físico, permitindo o cruzamento dos condicionantes dos escorregamentos translacionais através de algoritmos específicos, de modo a gerar uma Carta de Suscetibilidade aos escorregamentos translacionais da área de estudo.
OBJETIVOS
Este projeto utiliza técnicas de geoprocessamento, incluindo tanto Sistemas de Informação Geográfica quanto Sensoriamento Remoto, para avaliar a suscetibilidade aos movimentos de massa, do tipo escorregamentos translacionais, nas proximidades dos polidutos de Cubatão (SP). Tem como objetivo gerar uma carta de suscetibilidade aos escorregamentos translacionais, na escala 1:100.000, e avaliar a contribuição das técnicas de sensoriamento e de Sistemas de Informação Geográfica na temática proposta.
JUSTIFICATIVAS
Os diferentes graus de suscetibilidade obtidos pela carta gerada fornecem subsídios à previsão do trajeto da malha dutoviária e ainda na avaliação dos pontos mais suscetíveis ao processo de escorregamentos translacionais, em dutos já instalados, visto que o crescimento da indústria de dutos no Brasil e a pressão natural provocada pelos últimos acidentes com vazamentos geraram um grande interesse por programas de integridade e confiabilidade de dutos.
II - ASPECTOS GERAIS DA ÁREA DE ESTUDO
1 - LOCALIZAÇÃO DA ÁREA E VIAS DE ACESSO
A cidade de Cubatão localiza-se no litoral paulista, a 57 km de distância da cidade de São Paulo, percorrendo a Rodovia Anchieta. Limita-se com os municípios de Santos, São Bernardo do Campo e São Vicente. A área de estudo é delimitada pelas seguintes coordenadas geográficas: paralelos 23º44´49’’ e 24º00’11’’ de latitude sul e meridianos 46º14’52’’ e 46º35’10’’ (Figura 1).
2 - GEOLOGIA REGIONAL
A Serra do Mar é um conjunto de escarpas festonadas com aproximadamente 1.000 km de extensão, estendendo-se desde o Estado do Rio de Janeiro até o norte de Santa Catarina. No Estado de São Paulo, a Serra do Mar representa uma borda de planalto, cuja altitude pode alcançar até 1.200 m (ALMEIDA & CARNEIRO, 1998).
Segundo Almeida (1984), a área de estudo está inserida no Escudo Cristalino Brasileiro do Pré-Cambriano Superior, em uma unidade denominada Complexo Costeiro, que se estende desde o estado do Rio de Janeiro até Santa Catarina. A zona de falhamentos de Cubatão divide a região em duas partes: Bloco Juquitiba ou Bloco Norte, e Bloco Litorâneo ou Bloco Sul. Os tipos litológicos podem ser observados na Figura 2.
As rochas do Bloco Litorâneo ou Bloco Sul correspondem a migmatitos, quase que exclusivamente. Os migmatitos são oftalmíticos e, secundariamente, ocorrem migmatitos estromatíticos. Podem ocorrer cataclasitos e suítes graníticas. Estas rochas transicionam uma para a outra, sendo de difícil diferenciação (SADOWSKI, 1974).
No Bloco Juquitiba ou Bloco Norte ocorrem migmatitos estromatíticos e secundariamente, migmatitos oftalmíticos. Ocorrem ainda ectinitos, micaxistos, clorita xistos e filitos. Eventualmente há ocorrência de calcário, dolomita e metamarga. Os ectitnitos ocorrem restritos a faixas estreitas e longas, geralmente em vales de rios, correspondendo a três faixas distintas, em núcleos de sinclinais, na área de estudo. Localmente ocorrem intrusões ígneas básicas e ácidas (SADOWSKI, 1974).
No interior dos migmatitos podem ocorrer lentes quartzosas decimétricas a métricas, com achatamento paralelo à xistosidade. Quando alterado, o migmatito exibe cor avermelhada. Os xistos apresentam granulação média a grossa, com textura granolepidoblástica, cor cinza quando sãos, e roxos quando alterados. O contato entre xistos e gnaisses na Serra de Cubatão é gradacional (RODRIGUES, 1992).
Já os quartzitos da região ocorrem intercalados aos xistos e gnaisses. Há duas variedades de quartzitos que ocorrem na região: quartzitos calcossilicáticos com foliação pouco desenvolvida, granulação fina à média, de cor que varia de branco a cinza, com e com contatos bruscos. A outra variedade de quartzito compreende granulação muito fina, não laminada, coloração branca a cinza esbranquiçada, associada a rochas xistosas, sob a forma de lentes ou "boudins" (RODRIGUES, 1992).
Segundo Cordani & Bittencourt (1967), as rochas ígneas básicas encontradas na região foram datadas pelo método K-Ar, em 120 a 130 milhões de anos. São correlacionadas ao vulcanismo basáltico ocorrido neste período. As rochas ígneas básicas podem ser encontradas sob a forma de diques e sills. As intrusões basálticas apresentam alguns metros de espessura, e exibem granulação fina a média, e textura sub-ofítica. As intrusões de diabásio exibem granulação fina a média e textura ofítica (SADOWSKI, 1974).
Há a ocorrência de lamprófiro, sob forma de dique. Possui forma tabular e espessura métrica. Apresenta cor cinza escura a esverdeada, com estrutura compacta e textura porfiróide. (RODRIGUES, 1992).
No Bloco Sul, ocorrem sedimentos terciários pertencentes à Formação São Paulo, e ainda sedimentos recentes classificados como pedimentos, tálus, coluviões e aluviões lagunares, de costa, e flúvio-lacustres, nas planícies dos rios e sopés de encostas. (SADOWSKI, 1974).
Ocorrem ainda corpos de tálus e coluviões de extensões variáveis. Nos vales dos rios e na planície do rio Cubatão ocorrem depósitos aluvionares, de idade quaternária. São comuns ainda, as turfeiras e depósitos superficiais de argilas lixiviadas (SADOWSKI, 1974 & RODRIGUES, 1992).
3 - GEOLOGIA ESTRUTURAL
Segundo Almeida & Carneiro (1998), a origem da Serra do Mar é atribuída a processos tectônicos de movimentação vertical durante o Cenozóico. A direção geral da Serra do Mar acompanha a orientação ENE das estruturas do Escudo Atlântico. As sucessivas colagens e interações de placas formaram faixas móveis acrescionárias ou colisionais, reativadas inúmeras vezes. Após as reativações ocorreram processos de tafrogenia, magmatismo anorogênico e sedimentação intracratônica. O planalto escarpado que separa o planalto paulistano da Baixada Santista é resultante de um fraturamento em blocos estreitos, abatidos em direção à Baixada, abrindo vales entre os ângulos das falhas.
Durante a separação do Gondwana, várias descontinuidades mais antigas foram reativadas. As rochas das falhas reativadas, devido à baixa resistência à erosão diferencial, controlam o traçado da rede de drenagem. Rochas resistentes
sustentam planaltos e escarpas, enquanto que falhas, fraturas e zonas de cisalhamento condicionam lineamentos maiores e trechos da rede de drenagem sedimentares (ALMEIDA & CARNEIRO, 1998).
Segundo Rodrigues (1992), a região estudada encontra-se cortada por dois grandes lineamentos: zona de falhamentos de Cubatão e a faixa cataclástica Jurubatuba. Há duas famílias de lineações. Uma mais antiga, a zona de falhamentos de Cubatão, controlada pela xistosidade e gnaissificação regional, variando entre N40E e N60E, paralela à falha de Cubatão. Os mergulhos são sub-verticais e inclinados para NW. A segunda família de lineações, a faixa cataclástica de Jurubatuba, segundo N10E à N15E e N60E, corta a primeira, sendo portanto, mais recente.
As rochas metamórficas exibem uma xistosidade paralela a sub-paralela dos minerais presentes, principalmente os lamelares, como a mica. Essa estrutura geralmente se orienta paralelamente ao plano axial das dobras. O relevo da região é caracterizado pela presença de direções preferenciais devido à xistosidade. Até mesmo as intrusões tendem a acompanhar a direção regional, à grosso modo (RODRIGUES, 1992).
A Falha de Cubatão originou o vale por onde corre o rio Cubatão. É uma falha transcorrente, que atravessa todo o Planalto Atlântico no Estado de São Paulo, e põe em contato rochas de diferentes resistências à erosão, como filitos, micaxistos, quartzitos, migmatitos e maciços graníticos. A direção da falha varia entre N50E e N60E, mergulhando sub-verticalmente, em torno de 10º a 20º para SE (RODRIGUES, 1992).
A Falha de Cubatão separa os Blocos Juquitiba, ao norte, que corresponde à escarpa da Serra, composto essencialmente por ectinitos, migmatitos estromatíticos e secundariamente, migmatitos oftalmíticos, com sinais de retrometamorfismo e paleossomas xistosos, onde as estruturas mergulham para SW para dentro da escarpa, sub-verticais; e Bloco Litorâneo, constituído por migmatitos oftalmíticos, de paleossoma gnáissico. Ao longo do lineamento de Cubatão ocorre uma sequência de granitos pós-tectônicos. As estruturas mergulham para SE, para fora da escarpa. A faixa cataclástica de Jurubatuba está contida neste bloco (SADOWSKI, 1974).
As descontinuidades, como juntas e falhas antigas, são aproveitadas pelos agentes de intemperismo, para alterar o solo ou rocha que, posteriormente, sofrerão processos erosivos tornando-se suscetíveis a escorregamentos (IPT, 1985).
4 - GEOMORFOLOGIA
Segundo ALMEIDA (1974), a região de estudo está inserida na divisão geomorfológica denominada Província Costeira, subdividida em Serrania Costeira e Baixada Litorânea.
Segundo Augusto Filho et al. (1988), a região estudada compreende um relevo de transição entre o Planalto Atlântico e a Baixada Litorânea. As altitudes das escarpas da Serra do Mar não ultrapassam 1000 m. As escarpas da serra assumem perfis mais ou menos retilíneos, com altos declives, separadas por vales em "V". As principais escarpas da serra são constituídas por gnaisses e migmatitos.
Tabela 01: Representação dos modelados geomorfológicos presentes na área de estudo (modificado de CETESB, 1991).
Unidade geomorfológica
Modelado Processo Morfogenético
Serrania Costeira • Topos convexos • Vertentes retilíneas • Vertentes côncavas • Vertentes alteradas • Escoamento pluvial concentrado • Escorregamentos Planície Litorânea
• Planície fluvial • Inundações
• Erosão das margens • Depósitos fluviais
A Serra do Mar exibe ora escarpas abruptas, ora escarpas de contornos sinuosos, dependendo do grau de dissecação das encostas. As encostas mais altas e resistentes ao processo erosivo são constituídas por granitos, gnaisses e migmatitos. Já áreas com relevo mais baixo são formadas por xistos e filitos, rochas menos resistentes aos processos erosivos (RODRIGUES, 1992).
As encostas são classificadas segundo Rodrigues (1992), como:
• Retilíneas: o perfil apresenta ângulos constantes. Estas possuem as maiores declividades, em torno de 36 a 45º, com as menores espessuras de solo.
• Convexas: os ângulos do perfil aumentam para baixo, com declividades menores que 20º. Nelas são encontradas as maiores espessuras de solo.
• Côncavas: os ângulos do perfil da encosta diminuem para baixo. Neste tipo de encosta são encontrados solos de espessura mediana.
Os limites entre os tipos de encostas, ou quebras, podem ser abruptos ou graduais, dependendo das características locais, como litologia, declividade, etc (RODRIGUES, 1992).
5 - CLIMA
Segundo Setzer (1946), o clima da Serra do Mar é super-úmido mesotermal, sem época seca, assim como a região litorânea possui clima úmido mesotermal, sem época seca.
O clima é influenciado pelo relevo, favorecendo a existência de microclimas em uma área relativamente pequena. A Serra do Mar funciona como uma barreira para os ventos que sopram do mar para o continente, impedindo a dispersão dos poluentes presentes no ar, gerando altos índices de poluição (MOREIRA-NORDEMANN et al., 1986). Devido à essa barreira, que causou maior pluviosidade, originou-se a Floresta Pluvial Tropical, um agente estabilizador dos perfis das encostas, evitando os escorregamentos. A interferência humana, por outro lado, também pode acentuar as diferenciações dos microclimas (VALERIANO & PONZONI,1989).
Segundo Rodrigues (1992), as condições climáticas da região podem ser sintetizadas como clima de transição do tropical para o subequatorial.
6 - PLUVIOMETRIA
A Baixada Santista é considerada a área mais chuvosa do Brasil, sofrendo influência direta dos fatores geográficos locais. São registradas chuvas fortes e prolongadas, no verão, seguindo uma certa periodicidade (VARGAS, 1981).
Na área de estudo há um período de chuvas bem definido (verão), alternado com um período de baixo índice de pluviosidade (inverno). Durante o verão, as frentes frias que se originam na região antártica cruzam o Oceano Atlântico sul, e se deparam com as massas tropicais de ar quente. Esse encontro gera uma instabilidade atmosférica, e associado ao relevo escarpado que forma uma barreira natural para as correntes de ar, tem como consequência, chuvas torrenciais (GUIDICINI & IWASA, 1976).
7 - VEGETAÇÃO
A vegetação nativa é constituída por uma floresta densa, latifoliada, restrita em locais onde não teve ocorrência de atividades antrópicas. A vegetação secundária (capoeira) já se encontra degradada, devido à ação antrópica e à ação crônica dos poluentes atmosféricos oriundos de intensa atividade industrial (RODRIGUES, 1992). Houve um considerável aumento em número e em intensidade dos escorregamentos nas áreas de vegetação degradada (MENDONÇA e PAULICS, 1996).
A vegetação é importante na proteção do solo contra a ação das chuvas, porque diminui o escoamento superficial no terreno, reduzindo a infiltração da
água. Dessa maneira, a alteração da rocha é retardada, diminuindo a suscetibilidade a processos erosivos e escorregamentos (CETESB, 1991).
8 - HIDROLOGIA
A região engloba a Bacia Hidrográfica do Rio Cubatão. A rede hidrográfica da região não se condiciona aos tipos litológicos existentes, mas sofre influência do sistema regional de fraturas. As drenagens governadas pelas estruturas assumem um padrão ortogonal aos taludes da serra, podendo-se atribui-la ao padrão dendrítico-retangular. Os rios apresentam curso de característica torrencial, concentrado durante e após a chuva, diminuindo progressivamente até a próxima (RODRIGUES, 1992).
O trabalho erosivo entalha sulcos profundos nas zonas de maior fraqueza estrutural, prolongando a abertura dos vales (RODRIGUES, 1992).
III - FUNDAMENTAÇÃO BIBLIOGRÁFICA
1 - SENSORIAMENTO REMOTO
Segundo Novo (1995), sensoriamento remoto constitui a tecnologia que, através de modernos sensores, permite a aquisição de informações sobre objetos sem contato físico com eles. Os sensores são equipamentos capazes de captar a energia proveniente do objeto, convertê-la em sinal passível de ser registrado e apresentá-lo de forma adequada à extração de informações. Fazem parte deste processo equipamentos para o processamento dos dados coletados e equipamentos de transmissão de dados.
As imagens de sensoriamento remoto, devido à sua natureza digital, são constituídas por um arranjo de elementos na forma de uma malha ou grid. Cada célula desta malha ou grid tem sua localização definida na imagem através de um sistema de coordenadas do tipo linha e coluna, representado por X e Y. Cada célula é também chamada de pixel. Também existe o atributo Z da imagem, correspondente ao nível de cinza de cada pixel. Portanto, cada imagem digital corresponde à uma matriz (CROSTA, 1992).
Os sensores remotos estão classificados quanto à fonte de energia, em duas categorias: os ativos e os passivos. Os sensores ativos são os que produzem sua própria energia e os passivos são os que dependem de uma fonte externa de energia. Como exemplo de produtos obtidos por sensores passivos, pode-se citar as fotografias aéreas e as imagens de satélites e, como exemplo de produtos obtidos por sensores ativos, pode-se citar as imagens de radar (NOVO, 1995).
1.1 - O LANDSAT 7 ETM +
O LANDSAT 7 é o mais recente satélite em operação do programa LANDSAT, financiado pelo Governo Americano. Foi lançado em abril de 1999, com um novo sensor denominado ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus). O satélite em órbita é administrado pela NASA (National American Space Administration) e sua produção e comercialização de imagens ficam sob os cuidados da USGS (United States Geological Survey). Sua vida útil estava prevista para ser superior a cinco anos em órbita, mas sérios problemas operacionais ocorridos no final de março de 2003, acarretaram numa quase completa deteriorização de suas imagens. Desde este período, suas imagens não tem sido mais comercializadas (NASA, 2003)
A imagem LANDSAT 7 ETM+ é composta por oito bandas espectrais que podem ser combinadas em inúmeras possibilidades de processamento. Entre as principais melhorias técnicas se comparado ao satélite LANDSAT 5, seu antecessor, destacam-se a adição de uma banda espectral (banda Pancromática ou banda 8) com resolução de 15 m, melhorias nas características geométricas e radiométricas, e o aumento da resolução espacial da banda termal para 60 m. Esses avanços tecnológicos tornaram o LANDSAT 7 mais interessante para a geração de imagens de satélites com aplicações diretas até a escala 1:25.000 (ENGESAT, 2003).
O LANDSAT 7 adquiria imagens numa área que se estende desde 81º de latitude norte até 81º de latitude sul e em todas as longitudes do globo terrestre. Sua órbita era realizada em aproximadamente 99 minutos, permitindo ao satélite dar 14
voltas da Terra por dia, e a cobertura total do nosso planeta sendo completada em 16 dias. A órbita é descendente, ou seja, de norte para sul, o satélite cruzando a linha do Equador entre 10:00 e 10:15 (hora local) em cada passagem. O LANDSAT 7 era "heliosincronizado", ou seja sempre passa num mesmo local dado ao mesmo horário solar (ENGESAT, 2003).
As bandas do visível e do infra vermelho mantiveram a resolução espacial de 30 m do Landsat 5 (canais 1,2,3,4,5 e 7) As bandas do infra vermelho termal (canais 6L e 6H) passam a ser adquiridas com resolução de 60 metros, contra 120 m no Landsat 5. A nova banda Pancromática (canal 8) tem 15 m de resolução espacial (ENGESAT, 2003).
Outros sensores utilizados são o IKONOS, JERS 1, CBERS, ASTER, MODIS, IRS, EROS A, RADARSAT, SPOT 1, 2, 3, 4 e 5, KOMPSAT, ERS 2, ENVISAT, SAC-C, e ORBVIEW (NASA, 2003).
1.2 - Aplicações do sensoriamento remoto
O sensoriamento remoto tem por objetivo estudar o ambiente terrestre através do registro e da análise das interações entre a radiação eletromagnética (energia) e os componentes do planeta Terra. As aplicações do sensoriamento remoto concentram-se no monitoramento de uso do solo, de processos geomorfológicos, na área da agricultura, no mapeamento geológico e até mesmo na pesquisa mineral (NOVO, 1995).
O sensoriamento remoto pode ser utilizado para a identificação e caracterização de deslizamentos, e permite a análise de áreas extensas, com baixa
relação custo/benefício, e ainda permite obter séries históricas de imagens da área estudada, obtendo informações à distância (MARCELINO, 2003).
As imagens de satélite também são amplamente utilizadas em estudos em áreas costeiras. Constituem úteis ferramentas para melhorar o conhecimento oceanográfico da região sudoeste do Oceano Atlântico, por meio dos satélites NOAA/TIROS. É possível observar ressurgências costeiras ou ainda variações nas correntes marinhas (KAMPEL & OLIVEIRA, 2003).
O sensoriamento remoto possui diversas aplicações na agricultura, visto que os sensores têm a capacidade de quantificar as variações da radiação refletida nos diferentes tipos de cobertura vegetal. É possível obter informações sobre o vigor, a distribuição espacial ou a produtividade das culturas. É, portanto, útil para o planejamento agrícola, possibilitando ainda a aquisição de dados sobre recursos hídricos, a dinâmica da ocupação do solo, e até mesmo o tipo de solo (FORMAGGIO et al., 2003).
Segundo Pinto (2000), no sensoriamento remoto há técnicas que possibilitam a identificação de alterações na interação da radiação eletromagnética com a vegetação, causada por degradação. A região de Cubatão abriga muitas indústrias que emitem poluentes na atmosfera. Cubatão é uma das regiões do Brasil que mais sofre com a ação dos poluentes. O sensoriamento utiliza dados radiométricos espectrais na identificação de vegetação degradada por poluentes atmosféricos. Os poluentes atmosféricos são, em geral, amônia, óxidos de enxofre e de nitrogênio, hidrocarbonetos e materiais particulados.
As técnicas de sensoriamento remoto são ainda utilizadas para estudos urbanos. São bastante úteis no monitoramento, na tomada de decisões e na obtenção de dados populacionais (PEREIRA, 2003).
Um outro exemplo da aplicação dos sensores remotos na geologia é a detecção de rochas com concentrações metálicas em ambientes de clima tropical. É difícil a separação entre superfícies ricas em ferro, como conseqüência da alteração supergênica de sulfetos (gossans), e crostas lateríticas genéricas, ferruginosas, sem nenhuma associação à estes depósitos. Dados processados do sensor LANDSAT 7 ETM+ permitiram diminuir a ambigüidade no mapeamento de gossans genuínos e incorporar novas ferramentas para prospecção de corpos de sulfeto (MELGACO & SOUZA FILHO, 2001).
2 - SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA (SIGS)
Os Sistemas de Informação Geográfica (SIGs) são uma tecnologia recente que sofreu um crescimento muito rápido nos últimos 30 anos (SILVA, 1999).
Segundo Bonham-Carter (1994), SIGs são sistemas de computador para o gerenciamento de dados espaciais, georreferenciados, interrelacionados e ligados a diferentes funções, exercendo tarefas de entrada, manipulação, transformação, visualização, buscas, análises modelagem e saída; ao lado do Processamento Digital de Imagens (PDI).
Para Burrough (1986), SIGs se constituem em uma poderosa ferramenta para colecionar, armazenar, recuperar, transformar e exibir dados espaciais referenciados ao mundo real.
Silva (1999) afirma, com base nas definições de SIG citadas anteriormente, que estes tornam imprescindível o uso da informática.
Segundo Câmara et al. (1996), os SIGs possibilitam a integração numa única base de dados, de informações geográficas provenientes de diversas fontes; e permitem a recuperação, manipulação e visualização destes dados, por meio de algorítmos de manipulação e análises.
As diferentes definições de SIG refletem a multiplicidade de usos e visões possíveis dessa tecnologia e apontam para uma perspectiva interdisciplinar de sua utilização (Figura 3).
Sistemas de
Informações
Georreferenciadas
SIG
Vetor Raster
3D
Desenho por
Computador
CAD
Mapeamento
Digital
Editoração
Eletrônica
Planilha
Estatística
MNT
Modelamento
de Superfícies
Geoestatística
Processamento
de Imagens
Gerenciador
de Banco
de Dados
Figura 3: Representação de possibilidades de entradas de informação num SIG. Extraído de Macedo, (1998).
O maior propósito dos SIGs é fornecer suporte em decisões a serem tomadas com base em dados espaciais, como na exploração de um bem mineral, ou necessidade de remediação de uma área contaminada, proporcionando uma seleção de prioridades em ambos os casos. Os SIGs apoiam pesquisas gerais, até mesmo geoquímicas, como por exemplo, análise da qualidade da água de um determinado local, utilizando-se de ferramentas específicas do software utilizado (BONHAM-CARTER, 1994), através de diversas etapas de trabalho (Tabela 02).
Tabela 02: Representação das fases dos SIGs (extraído de Bertagna, 1999).
Aquisição de dados
Processo de identificação e reunião de dados necessários à aplicação.
Processamento
Envolve a manipulação dos dados por diversos caminhos associados ao SIG. Duas das principais questões do processamento incluem a conversão do dado original e a localização dos objetos.
Gerenciamento
Funções controlam a criação e acessos do banco de dados.
Manipulação e análise
Fase de muita atenção, pois aqui os sistemas são operadores analíticos que trabalham com geração de produto.
Geração de produto
Fase final, na qual há a saída dos dados criados.
Os SIGs podem ter aplicações sócio-econômicas, com o objetivo de planejamento, tais como uso da terra, ocupação humana e atividades econômicas, como indústrias. Existem as aplicações ambientais, verificando-se clima, gerenciamento florestal, poluição e o uso dos recursos naturais. E ainda as aplicações de gerenciamento, que envolvem planejamento de tráfego urbano, planejamento e controle de obras públicas e planejamento da defesa civil (CÂMARA et al., 1996).
Amaral et al. (1993) aplicam SIG ao gerenciamento de áreas de risco geológico no Rio de Janeiro, integrando uma carta de suscetibilidade aos escorregamentos e um banco de dados geotécnico com informações sobre acidentes associados a escorregamentos, laudos de vistoria e obras de contenção executadas no passado.
Araújo (1999) utilizou os sistemas de informação geográfica para escolher áreas mais propícias para a deposição de resíduos sólidos no município de Americana - SP. Os SIGs permitiram a integração de dados do meio físico, por meio de modelagem de dados pelo Modelo Binário e pelo Modelo Hierárquico Ponderado ou Processo Analítico Hierárquico (AHP).
Barros (2001) integrou mapas temáticos em SIG para elaborar cartas de suscetibilidade a movimentos gravitacionais de massa e risco, no Morro de Santos, SP.
Silva (2002) utilizou modelagem de dados em SIG (Modelo Binário, AHP e Lógica difusa ou fuzzy) e produtos de sensoriamento remoto para o planejamento territorial do município de Iporanga, SP.
Laranjeira (2003) utilizou o Modelo Booleano, Métodos de Lógica Difusa e o Processo Analítico Hierárquico para analisar e selecionar áreas adequadas para a disposição de resíduos sólidos no município de Americana (SP).
Bertagna (1999) elaborou uma metodologia em SIG para comparar as informações geotécnicas obtidas, de forma a gerar uma carta de suscetibilidade aos escorregamentos na Bacia do Rio Perequê.
O uso de recursos de SIG torna as análises bem mais flexíveis e rápidas que os tradicionais métodos de sobreposição física de mapas temáticos. As variáveis podem ser retiradas ou acrescentadas ao processo, a forma de cruzamento de dados pode ser alterada, propiciando diferentes tipos de abordagem para um mesmo problema.
Um importante aspecto do uso das geotecnologias é o potencial dos SIGs em produzir novas informações a partir de informações geográficas. Tal capacidade é
fundamental para aplicações como ordenamento territorial e estudos de impacto ambiental, caso em que a informação final deve ser deduzida e compilada a partir de levantamentos básicos que incluem diversos fatores ligados à ocorrência de determinado processo.
2.1 - Modelagem de dados em SIG
Um modelo de dados fornece ferramentas para a organização lógica de bancos de dados e possibilita a manipulação de tais dados, de acordo com o enfoque da pesquisa a ser realizada. Existem diversos modelos implementados dentro de Sistemas de Informação Geográfica, sendo os principais: Modelo Binário, Modelo Multi Criterial Ponderado ou Processo Analítico Hierárquico (AHP), Métodos de Lógica Difusa ou Fuzzy e o Modelo Probabilístico Bayesiano (CÂMARA, G. et al.,1996).
2.1.1 - Modelo Booleano
É o mais simples utilizado na análise espacial, realizado por meio da combinação lógica de mapas binários, com a aplicação de operadores algébricos. Os mapas temáticos (mapa pedológico, geológico, etc.) são produzidos com informações de campo ou bibliografia, e convertidos para a forma binária, ou seja, onde a classe 1 representa áreas nas quais a informação temática adequa-se às condições impostas pela pesquisa, enquanto que a classe 0 representa a não adequação da informação às condições impostas. Dessa forma, todos os mapas
temáticos são combinados gerando, através dos operadores booleanos AND, OR, NOT, XOR (intersecção) um arquivo gráfico contendo as regiões que atendem ou não às condições impostas (CÂMARA , G. et al, 1996).
2.1.2 - Métodos de Lógica Difusa ou Fuzzy
Possibilitam tratar de maneira mais realística os dados imprecisos e subjetivos que fazem parte de análises do meio físico. A lógica difusa é recomendada quando há ambigüidade, abstração e ambivalência em modelos em SIG. O Modelo Booleano apresenta apenas duas classes (favorável e não favorável), enquanto que a lógica difusa apresenta uma gradação entre as situações favoráveis ou não favoráveis do estudo em questão (LARANJEIRA, 2003).
2.1.3 - Modelo Probabilístico Bayesiano
Em SIG, o modelo probabilístico é representado normalmente pelos métodos bayesianos, baseados nos conceitos de probabilidades, muito utilizados em análises de favorabilidade. Recentemente, os métodos geoestatísticos, baseados em funções aleatórias, vêm sendo também utilizados. (BONHAN-CARTER, 1994)
2.1.4 - Processo Analítico Hierárquico - (Analytical Hierarchy Process - AHP)
Quando existem diferentes fatores ou condicionantes que contribuem para a ocorrência de um processo, deve-se determinar a contribuição ou importância relativa de cada um. Primeiramente, para abordar este problema, Thomas Saaty propôs, em 1987, uma técnica de escolha baseada na lógica da comparação pareada. Neste procedimento, os diferentes fatores que influenciam o processo são comparados dois-a-dois, e um critério de importância relativa é atribuído ao relacionamento entre estes fatores, conforme uma escala pré-definida, representada na Tabela 3. A técnica AHP permite a estimativa da importância relativa de cada critério envolvido num processo (SPRING, 1996, & SILVA, 2002).
Tabela 3: Escala de Valores AHP para Comparação Pareada (SPRING, 1996)
Intensidade de importância
(peso) Definição e Explicação dos pesos
1 Importância igual - os dois fatores contribuem igualmente para o
processo
3 Importância moderada - um fator é ligeiramente mais importante
que o outro
5 Importância essencial - um fator é claramente mais importante que
o outro
7 Importância demonstrada - Um fator é fortemente favorecido e sua
maior relevância foi demonstrada na prática
9 Importância extrema - A evidência que diferencia os fatores é da
maior ordem possível
2,4,6,8 Valores intermediários entre os julgamentos
Um outro exemplo de escala de importância relativa é a utilizada no software de geoprocessamento Idrisi, representada na Tabela 4:
Tabela 4: Importância relativa atribuída às variáveis, segundo o software IDRISI.
Tabela de importância relativa
1/9 1/7 1/5 1/3 1 3 5 7 9
Extremamente Fortemente Modera-damente
Igual Modera-damente
Fortemente Extremamente
A AHP é uma ferramenta de suporte à decisão também presente no SPRING. Esta decisão consiste na escolha entre alternativas mais ou menos importantes na ocorrência de qualquer processo. No geoprocessamento, inúmeros critérios, tais como geologia, vegetação ou tipo de solo, podem ser comparados, e a base para a decisão é o critério. Ou seja, é necessário listar os critérios do meio físico que são relevantes no processo e decidir entre eles, quais são mais ou menos importantes um em relação ao outro, para nesse caso, gerar um mapa de suscetibilidade aos escorregamentos translacionais (EASTMAN, 1999).
A AHP baseia-se na interseção de mapas temáticos, que constituem os critérios, de mesma escala. Os critérios recebem um peso de acordo com sua importância no processo estudado e podem ter seu peso aumentado ou diminuído quando necessário. A partir do estabelecimento de critérios de comparação para cada combinação de fatores, é possível determinar um conjunto ideal de pesos que podem ser utilizados para a geração de diferentes mapas. Existe um grande número de aplicações para a AHP, como zoneamento, prospecção mineral, seleção de áreas para um novo empreendimento comercial, ou ainda um estudo de preservação ambiental em áreas de encosta, para estabelecer uma política de ocupação, ou mapas de risco de movimentos de massa, ou impacto ambiental (SPRING, 1996).
Os dados são processados por combinação numérica, através de média ponderada Ao invés de um mapa temático com limites rígidos gerados pelas operações booleanas, obtém-se uma superfície de decisão, sob forma de uma grade numérica, que consiste numa visão contínua da variação da suscetibilidade aos movimentos de massa, ou adequação a plantio, ou de suscetibilidade ambiental. No caso dos escorregamentos translacionais, a grade numérica gerada indica o risco de
ocorrência de movimentos de massa numa gradação de 0% a 100%, permitindo a divisão de classes de suscetibilidade, de acordo com a necessidade do trabalho e ainda a reclassificação, quando necessário. A AHP propicia uma flexibilidade muito maior sobre os problemas espaciais (SPRING, 1996). Essa operação pode ser explicada pela fórmula abaixo:
S=Σ . Sij . Wi / Σ . Wi
Onde: S=valor do peso para uma determinada área Wi= peso atribuído ao mapa temático
Sij= peso atribuído para cada classe do mapa temático
Diferente do Modelo Booleano, de maior simplicidade, o Processo Analítico Hierárquico, não tão simples, dá a devida importância a cada condicionante, por meio da atribuição de pesos, propiciando uma análise mais completa. O Processo Analítico Hierárquico constitui uma das formas de abordagem mais utilizadas dentro de Sistemas de Informação Geográfica (ARAUJO, 1999).
2.2 - Processamento Digital de Imagens (PDI)
O processamento digital de imagens (PDI) é a manipulação da imagem adquirida por um sensor remoto, envolvendo técnicas como filtragem, manipulação do contraste ou classificação, entre outras, cujo objetivo é identificar, extrair, condensar e realçar a informação de interesse para determinado fim, de forma a
remover degradações e distorções inerentes aos processos de aquisição, transmissão e visualização das imagens (CROSTA, 1992).
O PDI pode ser dividido em três etapas: pré-processamento, realce e classificação. O pré-processamento é o processamento inicial de dados originais fornecidos, correção de distorções geométricas e remoção de ruído, durante a aquisição da imagem. Quanto ao realce, que visa melhorar a qualidade visual da imagem, as técnicas mais comuns são: ampliação do contraste, filtragem, composições coloridas, transformação IHS e componentes principais. Após o realce, as imagens já podem ser submetidas à interpretação visual, ou podem ser integradas num posterior processo de classificação (NOVO, ...).
A classificação tem por objetivo o reconhecimento automático de objetos da imagem a partir da análise quantitativa dos níveis de cinza. Dessa forma, os objetos podem ser classificados em diferentes categorias em função de algum critério de decisão. Pode ser dividida em: classificação supervisionada (por pixel) e classificação não supervisionada (por regiões) (INPE, 1996).
2.2.1 - Ampliação de Contraste
O aumento de contraste (Contrast Stretch) é uma das mais importantes e utilizadas técnicas de PDI utilizadas para a extração de informações de imagens de sensoriamento remoto. Constitui um processo simples, que não revela novas informações, que já não estejam contidas nas imagens. A ampliação de contraste apenas realça as informações já contidas na imagem (CROSTA, 1992).
Segundo Novo (1995),a manipulação de contraste visa facilitar a discriminação visual de características de cena de baixo contraste original.
Antes de aplicar a ampliação de contraste em uma imagem, deve-se ter em mente que este processo pode afetar os processos subseqüentes, devendo ser executado, portanto, com plena consciência do que se quer adquirir, para não prejudicar a aquisição da informação final (CROSTA, 1992).
O primeiro passo no uso da ampliação de contraste é analisar o histograma da imagem. O contraste de uma imagem constitui uma medida do espalhamento dos níveis de cinza presentes nesta, e pode ser manipulado através dos histogramas. Os histogramas descrevem a distribuição estatística dos níveis de cinza de uma imagem. A manipulação destes níveis de cinza significa a manipulação do contraste. Numa imagem "bruta" a distribuição dos dados dificilmente se espalha entre todos os níveis de cinza, e a manipulação de contraste nada mais é do que fazer com que tais níveis de cinza fiquem mais "espalhados" (NOVO, 1995; CROSTA, 1992).
Segundo Novo (1995), os histogramas tendem a apresentar uma forma próxima a de uma distribuição gaussiana. Em imagens de baixo contraste, o histograma apresenta uma forma mais estreita (menor variância dos níveis de cinza). Já em imagens de alto contraste, o histograma possui forma mais larga, como mostra a Figura 4.
Figura 4: A) Histograma de imagem original, isto é, não manipulado pela ampliação de contraste, mais “estreito”. B) Histograma já manipulado pela técnica, mais “aberto”. (extraído de CROSTA, 1992).
Uma das mais comuns aplicações da ampliação do contraste é na preparação de composições coloridas utilizando três bandas. Para que seja obtida uma boa composição colorida a partir das bandas, é necessário que cada uma delas tenha tido seu contraste ampliado num pré-processamento (CROSTA, 1992).
Há também a Ampliação Bilinear de Contraste, utilizada quando a informação que se deseja realçar não está apenas em uma parte do histograma, sendo necessário ampliar o contraste em outras regiões, e não em apenas uma, como ocorre com a ampliação de contraste. Há ainda o Aumento Não-Linear de Contraste e o Aumento Quase-linear de Contraste, que servem para revelar tipos específicos de informação em uma imagem que a ampliação de contraste não permite, alterando a estrutura da informação, podendo causar, eventualmente, uma
perda parcial de informação. Geralmente, apenas a ampliação de contraste, bem dimensionada, já é suficiente para resolver o problema (CROSTA, 1992).
É importante saber que há vários tipos de ampliação de contraste, e cada um se aplica de forma mais eficaz a determinadas situações.
2.2.2 - Composições coloridas
Composições coloridas de conjuntos de três bandas (tripletes) são uma poderosa forma de sintetizar uma grande quantidade de informação numa única imagem. As composições coloridas são um dos produtos mais comuns do PDI. Para a eficiente utilização das composições coloridas, é necessário saber se a informação desejada é melhor expressa em cores ou em uma simples imagem monocromática. As composições coloridas, dependendo das bandas utilizadas e da alocação de cores, também podem ser chamadas de falsa cor (CROSTA, 1992).
Para as composições coloridas, são utilizadas as cores primárias vermelho (R), verde (G), e azul (B), cujos efeitos resultam em adição, ou seja, por meio delas, podem ser produzidas novas cores (NOVO, 1995).
Pode-se utilizar quaisquer três bandas para se produzir uma composição colorida, porém, é necessário que as bandas sejam selecionadas cuidadosamente, de forma que a informação desejada seja expressa da melhor maneira possível, porquê cada banda da imagem de satélite possui características próprias, assim como cada tipo de informação desejada. Dessa forma, não existe uma receita a ser seguida para gerar uma composição colorida de boa qualidade, esta deve ser alcançada na tentativa e erro (CROSTA, 1992).
Após a geração da composição colorida é recomendável utilizar a ampliação do contraste, já que as imagens de satélite vem originalmente com baixo contraste, e apenas a aplicação das cores não é suficiente para distinguir as feições de interesse.
2.2.3. - Análise por Principais Componentes (APC)
A Análise por Principais Componentes (APC), ou Transformação por Principais Componentes é uma das funções de processamento digital de imagens mais poderosas na manipulação de dados multiespectrais. A APC é utilizada para determinar a correlação entre bandas multiespectrais, e através de uma transformação matemática apropriada, removê-la. Ou seja, um determinado número de imagens produzirá depois de processadas através da APC, um outro conjunto de imagens sem nenhuma correlação entre si. Correlação entre imagens é quando as bandas são similares visual e numericamente (CROSTA, 1992).
A correlação entre imagens é decorrente de sombras resultantes da topografia, por exemplo, ou do próprio comportamento espectral dos objetos. A análise das bandas espectrais individuais pode ser então ineficiente devido à informação redundante presente em cada uma dessas bandas. Há exceções, como por exemplo, as imagens termais (a banda 6 do LANDSAT ), que por representar energia emitida e não a refletida pelo sol, possuem menos correlação com as outras bandas refletidas. Ou ainda bandas de comprimento de onda na faixa da radiação visível de baixo comprimento de onda (a banda 1 do LANDSAT), que sofre intensamente efeitos de espalhamento atmosférico, os quais não afetam outras
bandas da mesma forma, apresentando também, menor correlação com as outras bandas (NOVO, 1995; CROSTA, 1992).
O número de componentes principais é igual ao número de bandas espectrais utilizadas e são ordenadas de acordo com o decréscimo da variância de nível de cinza. A primeira componente principal tem a maior variância (maior contraste) e a última, a menor variância (SPRING, 1996).
Resumindo, a tarefa executada pela APC faz com que a primeira componente principal gerada contenha as informações comuns a todas as outras bandas, como brilho, ou sombras de topografia. A segunda e as componentes principais subseqüentes apresentam gradativamente menos contraste e não contém informações topográficas, devido à ausência de sombreamento, que foi retirado pelo processo. A diminuição gradativa do contraste entre as componentes principais representa informações já removidas pelo processo (SPRING, 1996; CROSTA, 1992).
A APC é apropriada no tratamento de imagens geradas por sensores remotos com um alto número de bandas espectrais, podendo ainda ser utilizada na análise de dados geoquímicos ou geofísicos, conjuntamente com as imagens multiespectrais (CROSTA, 1992).
3 - MOVIMENTOS GRAVITACIONAIS DE MASSA
3.1 - Definição e classificação
Os movimentos gravitacionais de massa são processos estudados em todo o mundo, constituindo um antigo problema da humanidade. Têm sido muito estudados, em diversas áreas, porque são em grande parte responsáveis pela evolução das formas do relevo, além da possibilidade de causar danos sócio-econômicos (GUIDICINI & NIEBLE, 1984).
Podem ser classificados de acordo com o material envolvido, com o tipo de mecânica e a velocidade de movimentação (AUGUSTO FILHO et al., 1988).
As escarpas da Serra do Mar ocupam a área da floresta tropical úmida, caracterizada por elevadas temperaturas e por chuvas torrenciais em determinadas épocas do ano. Estas características, associadas com o relevo da área, constituído por encostas íngremes e os tipos de rochas, podem desencadear processos de movimentos gravitacionais de massa (IPT, 1985).
Na Serra do Mar, devido às características climáticas, o processo de alteração das rochas é intenso e predominantemente químico. Apesar das favoráveis condições à formação de espessos mantos de alteração, há uma constante remoção dos detritos formados, devido à alta declividade das encostas. Dessa forma, espessuras maiores de solo limitam-se nas acumulações ao longo das encostas, ou ainda, nos depósitos associados à drenagem. A remoção dos detritos formados dá-se basicamente pelos dá-seguintes tipos de movimentos gravitacionais de massa: rastejos, escorregamentos translacionais e quedas de blocos. Na área de estudo o
movimento gravitacional de massa mais atuante na dinâmica superficial é o escorregamento translacional de massa (AUGUSTO FILHO, et al, 1988).
Os movimentos gravitacionais de massa já foram classificados por diversos autores, nacional e internacionalmente. Augusto Filho (1992) agrupa os movimentos em rastejos, escorregamentos, quedas e corridas, segundo a Tabela 5:
Tabela 5: Classificação de movimentos gravitacionais de massa, modificado de Augusto Filho (1992).
Processos Características do movimento, material e geometria
Rastejo ou creep
• Vários planos de deslocamento (internos)
• Velocidades muito baixas a baixas e decrescentes com a profundidade
• Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes • Material constituinte: solo, depósitos, rocha alterada
ou fraturada
• Geometria indefinida
Escorregamentos ou slides
• Poucos planos de deslocamento (externos) • Velocidades médias a altas
• Pequenos a grandes volumes de material • Geometria e material variável
• Tipos:
• Planares ou translacionais: solos pouco espessos, solos e rochas com um plano de fraqueza;
• Circulares ou rotacionais: solos espessos, homogêneos e rochas muito fraturadas;
• Em cunha: solos e rochas com dois planos de fraqueza
Quedas ou falls
• Sem planos de deslocamento
• Movimentos do tipo queda livre ou em plano inclinado • Velocidades muito altas
• Material rochoso
• Pequenos a médios volumes
• Geometria variável: lascas, placas, blocos, etc. • Rolamento de matacão e tombamento
• Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas à massa em movimentação)
• Movimento semelhante ao de um líquido viscoso • Desenvolvimento ao longo das drenagens
Corridas ou flows • Velocidades médias a altas
• Mobilização de solo, rochas, detritos e água • Grandes volumes de material
• Extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas
Cada movimento gravitacional de massa apresenta um mecanismo específico de instabilização, logo, os escorregamentos translacionais são apenas um tipo particular destes movimentos (CERRI, 1993).
Segundo Augusto Filho (1992), escorregamentos são rápidos movimentos de duração relativamente curta. A velocidade máxima do movimento depende da inclinação da superfície de escorregamento, da causa e da natureza do terreno. Os escorregamentos podem ser planares ou translacionais e circulares ou rotacionais. Os escorregamentos translacionais envolvem solos pouco espessos, ou solos e rochas com um plano de fraqueza. Os escorregamentos rotacionais envolvem espessa camada de solo (como latossolos, bem desenvolvidos) ao longo de superfícies de ruptura côncava. A ruptura côncava indica homogeneidade do material e inexistência de estrutura da rocha matriz. Os escorregamentos podem ainda ocorrer sob a forma de cunha, quando existem solos e rochas com dois planos de fraqueza bem marcados.
Guidicini e Nieble (1984) apresentam a seguinte classificação dos movimentos de massa, ilustrada na Tabela 6:
Tabela 6: Classificação de movimentos de massa apresentada por Guidicini e Nieble (1984).
Processos Sub-processos Classes
Rastejo
(escoamento plástico) • Rastejo de solo • Rastejo de detritos de tálus • Rastejo de rocha
• Solifluxão
• Rastejo de detritos de geleiras • Geleiras
Escoamentos
Corridas
(escoamento líquido) • Corrida de terra • Corrida de areia e silte • Corrida de lama • Avalanche de detritos Escorregamentos
Rotacionais • Escorregamentos de taludes • Escorregamentos de base
• Rotura rotacional do solo de fundação Escorregamentos
Escorregamentos
Translacionais • Escorregamento Translacional de rocha • Escorregamento Translacional de solo • Escorregamento Translacional de solo e
rocha
• Escorregamento Translacional retrogressivo
• Queda de rocha • Queda de detritos
Subsidências • Por carreamento de grãos
• Por dissolução de camadas inferiores e cavernas
• Por deformações de estratos inferiores • Por retirada do suporte lateral
Recalques • Por consolidação • Por compactação Subsidências
Desabamentos • Por rotura de camada • Por subescavação
• Por retirada do suporte lateral Formas de transição ou termos de passagem
Movimentos de massa complexos
Tabela 07: Classificação de movimentos de massa proposta por Vargas (1981).
Classe Ocorrência Ocasião Prevenção Movimentos "plásticos" ou "viscosos" Rastejos de camadas superficiais (Creeping) Movimentos lentos de rastejo mobilizando parte da resistência ao cisalhamento Movimento constante acelerado durante época chuvosa Impermeabilização da superfície Drenagem superficial Deslizamentos de tálus Movimentos contínuos de depósitos de escorregamentos anteriores Corte no pé do "tálus" durante época de chuva O mesmo, mais subdrenagem com drenos horizontais ou galerias. Deslizamentos
planares Deslizamento de manto relativamente delgado sobre a superfície da rocha Ruptura repentina durante ou depois de Deslizamentos ao longo de superfícies de ruptura Deslizamentos Rotatórios Deslizamento de solos residuais ou maciços saprolíticos, eventualmente com blocos de rocha chuvas maiores que 100 mm/dia. Ao fim dos períodos de chuva O mesmo, mais retaludamento, bermas de pé de talude, muros de arrimo por
gravidade ou ancoragem Deslizamentos de cunhas ou placas Deslizamentos ao longo de descontinuidades planas. Deslizamentos de maciços muito fraturados Deslizamentos dos maciços rochosos muito fraturados em blocos, às vezes envolvidos fraturados em blocos, às vezes envolvidos em lama Deslizamentos estruturais de maciços
rochosos Quedas de rocha Desmoronamentos de
blocos de rocha instáveis Ruptura repentina durante ou depois de chuvas maiores que 100 mm/dia. Não sempre ao fim dos períodos de chuva, Ancoragem de rocha, estruturas ancoradas
Classe Ocorrência Ocasião Prevenção
Fluxos de lama Erosão ou liquefação de camadas superficiais Avalanches Fluxos de blocos de rocha Demolição hidráulica de maciços rochosos muito fraturados e decompostos Durante tempestades maiores que 50 mm/hora em épocas chuvosas de anos chuvosos
Não existe solução
Os escorregamentos translacionais mais freqüentes na área de estudo resultam da mobilização da cobertura vegetal e do solo superficial de alteração, pouco espesso. As áreas afetadas por remoção da cobertura vegetal passam a sofrer ação intensa do escoamento superficial laminar e concentrado. A intensidade e a freqüência dos escorregamentos são condicionadas aos índices de pluviosidade. Os escorregamentos translacionais envolvem entre 1 e 3 m de solo, ou seja, espessuras delgadas do solo, e larguras entre 10 e 20 m, podendo atingir grandes comprimentos. Nos locais de maior espessura de solo ocorrem escorregamentos rotacionais. (IPT, 1985).
Segundo BARROS (2001), os escorregamentos foram classificados quanto à forma de seu plano de ruptura: ruptura rasa ou translacional, ruptura clássica ou rotacional e ruptura segundo planos de fraqueza. Nos escorregamentos translacionais a ruptura rasa se desenvolve próxima ao contato entre materiais com características diferentes, como por exemplo, entre solos superficiais e solos de alteração, ou entre solos superficiais e horizontes rochosos. Sua geometria é caracterizada pela pequena espessura e forma retangular estreita (comprimento superior à largura).
O escorregamento também pode ser induzido pela ação antrópica, devido à ocupação inadequada da encosta, ou a cortes e aterros mal dimensionados, ou ao desmatamento e à conseqüente concentração de água.
É possível utilizar dados de sensoriamento remoto para estudos de movimentos de massa, seja através da detecção das conseqüências desses processos, tais como cicatrizes (remoção da cobertura vegetal e exposição do solo), ou do estudo de indicadores. Os indicadores são mudanças na resposta (características espectrais detectadas pelos sensores remotos) da cobertura vegetal (já degradada, às vezes até por escorregamentos anteriores), uso da terra, tipologia das encostas e até mesmo, dissecação do relevo. Nos escorregamentos, a remoção da cobertura vegetal seguida da exposição do solo ou rocha imprime diferenças de tonalidade, cor, textura e matiz na imagem, além de apresentarem formas específicas, permitindo a interpretação de tais feições (SESTINI e FLORENZANO, 2003).
3.2. - Condicionantes dos movimentos gravitacionais de massa
Condicionantes do meio físico são fatores presentes na dinâmica superficial da área estudada, que contribuem para a ocorrência do processo de movimentos gravitacionais de massa. Podem incluir a forma e a inclinação das encostas, pluviosidade, a presença ou não de vegetação, características do solo ou rocha, natureza geológica (litológica e estrutural) do meio, tensões internas, abalos naturais e induzidos, e ainda a ação antrópica (BARROS, 2001).
Segundo Gupta & Joshi (1989), os movimentos de massa estão ligados a determinados condicionantes, como litologia, estruturas geológicas, uso e ocupação do solo, geomorfologia, etc.
Segundo Guidicini e Nieble (1976), os agentes e causas dos movimentos de massa podem ser inúmeros, representados nas Tabelas 08 e 09 a seguir:
Tabela 08: Agentes dos movimentos de massa
Agentes dos escorregamentos
Agentes Predisponentes • Complexo geológico • Complexo morfológico • Complexo climato-hidrológico • Gravidade • Calor solar
• Tipo de vegetação original
Preparatórios:
Pluviosidade, erosão pela água e vento, congelamento e degelo, variação de temperatura, dissolução química, ação de fontes e mananciais, oscilação de nível de lagos e marés e do lençol freático, ação de animais e humana, inclusive deflorestamento
Agentes Efetivos
Imediatos:
Chuva intensa, fusão de gelo e neves, erosão, terremotos, ondas, vento, ação do homem, etc.
Tabela 09: Causas dos movimentos de massa
Causas dos escorregamentos
Causas internas
• Efeito de oscilações térmicas
• Diminuição dos parâmetros de resistência ao intemperismo
Causas externas
• Mudança da geometria do sistema • Efeitos de vibrações
• Mudanças naturais na inclinação das encostas
Causas intermediárias
• Elevação do nível piezométrico em massas homogêneas
• Elevação da coluna de água em descontinuidades
• Rebaixamento rápido do lençol freático • Erosão subterrânea retrogressiva
(piping)
• Diminuição do efeito de coesão aparente
Segundo IPT (1985), o principal agente instabilizador de encostas ou taludes é a água, que pode atuar de inúmeras formas. Os processos erosivos, tanto internos quanto externos, têm como agente principal a água, devido ao carreamento ou arraste de partículas sólidas do solo, criando sulcos, ravinas ou valas, ou condutos escavados no interior de maciços rochosos (piping). Na verdade, a erosão pode ser classificada tanto como agente, quanto como fenômeno de instabilização, porque altera a geometria da encosta enfraquecendo sua estrutura interna, e possibilita a ocorrência de outros fenômenos, tais como quedas e desbarrancamentos. A água pode atuar através da infiltração no maciço ou em determinadas partes do maciço,
por meio de falhas, trincas, poros, juntas, etc. A pressão hidrostática pode levar o talude à ruptura, constituindo este, um processo freqüente tanto em taludes rochosos como terrosos (IPT, 1985).
As chuvas são o principal agente não antrópico deflagrador de escorregamentos no Brasil (AUGUSTO FILHO, 2001). É sabida a vinculação dos escorregamentos à estação de chuvas, na Serra do Mar, e dentro dela estão incluídas as chuvas intensas. Estas chuvas acarretam inundações, erosão interna e movimentos de massa, muitas vezes, catastróficos (GUIDICINI & IWASA, 1976).
A água ainda pode atuar devido ao seu efeito deletério sobre a resistência do talude, que se dá através do aumento do grau de saturação do solo. Na ocasião dos escorregamentos, os solos envolvidos devem atingir um grau de saturação de água "crítico" à estabilidade. Solos saturados apresentam maior susceptibilidade aos movimentos de massa porque perdem a coesão aparente entre as partículas, favorecendo a instabilidade. Seria uma redução na resistência devido a um alto teor de umidade. O avanço da água de chuva que infiltra no solo ou "frente de saturação" depende do grau de saturação do solo antes do início da infiltração, do índice de vazios, da intensidade e duração da chuva e das propriedades de fluxo de água do solo, como a condutividade hidráulica e a capilaridade. Quanto maior a umidade, maior a velocidade da água no solo (a condutividade hidráulica) (GUIDICINI & IWASA, 1976).
Cada episódio de chuva gera uma frente de saturação, que depende dos fatores citados acima. Quando a chuva acaba, ocorre uma redistribuição da água no subsolo, aumentando o teor de umidade. Se houver mais um episódio de chuva, a frente de saturação avançará mais rapidamente, porque com maior teor de umidade,
maior condutividade hidráulica. Esse processo gera um contínuo e gradual aumento do grau de saturação do subsolo, aumentando a seriedade das conseqüências das chuvas intensas nas encostas da área estudada (AUGUSTO FILHO et al., 1988).
Segundo Guidicini & Iwasa (1976), a área estudada já está em situação de instabilidade potencial, devido à ação antrópica, que se reflete nos cortes de talude, escavações, aterros, túneis, retirada da cobertura vegetal e introdução de variados tipos de obras.
Há ainda os fatores condicionantes dos fenômenos de instabilização de encostas, como os fatores geológicos, que englobam litologia e estruturação dos maciços, os fatores climáticos, os fatores geomorfológicos, que englobam a tipologia das encostas e a declividade. Há ainda a gravidade e os efeitos da presença ou ausência da vegetação.
Segundo IPT (1985), os condicionantes climáticos podem ser definidos pela precipitação e oscilação térmica. A movimentação das massas de ar e a presença de barreiras orográficas condicionam o regime de chuvas e as temperaturas médias da região. Numa região tropical ou subtropical, as condições climáticas chuvosas favorecem a ação de processos de intemperismo químico, que decompõe a rocha podendo gerar grandes espessuras de solo. Já as oscilações térmicas favorecem o intemperismo físico, desagregando as rochas e solos, devido às dilatações e contrações sucessivas. A alternância de períodos secos e chuvosos gera fendas no solo, pelas quais a água proveniente das chuvas infiltra. A seguir, devido ao efeito da água, ocorre a expansão da fenda, aumento do peso do material, seguido de perda da coesão aparente entre as partículas do solo e finalmente, deslocamento do material para baixo. Se esse processo for rápido, o escorregamento é imediato.
