ESTIMATIVAS DE UNIDADES GEOTÉCNICAS E
CARACTERÍSTICAS GEOMECÂNICAS DOS SOLOS DA
MICROBACIA FORMADA PELA ELEVAÇÃO DO
RIBEIRÃO DAS PEDRAS - ILHA DE FLORIANÓPOLIS
Bim, Rodrigo.
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil,
fale_com_ro@yahoo.com.br
Steil, Márcia Maria M.
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil,
marciasteil@ifsc.edu.br
Higashi, Rafael Augusto dos Reis.
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil,
rrhigashi@gmail.com
Resumo:
Este trabalho propõe o mapeamento geotécnico da microbacia de drenagem formada pela face oeste da elevação principal do Ribeirão das Pedras, localizada na ilha de Florianópolis. O local de estudo vem apresentando grandes movimentos de massa nos últimos anos, o que sugere um reconhecimento e reunião de informações de seu subsolo. O estudo agrega informações referentes à geologia, pedologia e topografia, permitindo a delimitação da área em unidades geotécnicas de acordo com as características de comportamento, origem e formação do solo. Utilizou-se como ferramenta um Sistema de Informações Geográficas (SIG).Abstract:
This paper proposes the geotechnical mapping of the watershed drainage formed by the west face of rising main Ribeirão das Pedras, located on the island of Florianopolis. The study site has shown great mass movements in recent years, which suggests a recognition and gathering information from your basement. The study adds information concerning the geology, soil conditions, topography, allowing the division of the geotechnical field units in accordance with the behavioral characteristics, origin and soil formation. Was used as a tool Geographic Information System (GIS).INTRODUÇÃO
A remodelação do meio natural pelos processos de urbanização traz consigo inevitáveis conseqüências ao meio físico, principalmente relacionadas ao uso e ocupação do solo. A ação antrópica em determinada área, ou apenas sua proximidade, pode ser suficiente para instabilizar ou por em risco entidades materiais, ambientais e humanas ali contidas.
A experiência brasileira revela ao longo dos anos a deficiência no atendimento e prevenção de fenômenos naturais como inundações e escorregamentos. A falta de políticas públicas, capacitação de pessoas e a má gestão de recursos financeiros levam o interesse municipal, estadual e
federal a negligenciar ações mitigadoras, refletindo no aumento gradual dos desastres naturais, muitas vezes cíclicos e de elevado custo. O município de Florianópolis não fica atrás desta realidade, pois se tratando de uma ilha, suas limitações espaciais exigem ainda mais o conhecimento prévio dos elementos naturais e sua inter-relação com a gradativa expansão urbana.
Neste sentido, pretende-se reunir informações e estudos dos solos da microbacia de drenagem do Ribeirão das Pedras, assim denominada como de mesmo nome. de sua maior elevação, cuja face oeste está voltada para a principal rodovia de ligação do
centro ao norte da ilha, registrando em 2008 um dos maiores movimentos de massa já ocorridos em Florianópolis, interditando completamente a rodovia SC 401, soterrando um caminhão e vitimando seu motorista.
Levantamentos realizados por Raimundo (1998) em relação à distribuição das ocorrências por tipo de registro em Florianópolis revelaram que de 1960 a 1996 foram registrados 236 casos relacionados a problemas geotécnicos em encostas, sendo 88% destes apenas nos últimos seis anos de registros. Ainda em seus estudos, Raimundo (1998) aponta dois episódios na série histórica de escorregamentos ocorridos na SC 401, ambas na margem oposta e a menos de 500 m do último escorregamento ocorrido em novembro de 2008, sendo a primeira em 1983 e a segunda em 1996, atingindo também as duas pistas.
Sendo assim, com um mapa cadastral mais atual e usual pelo Instituto de Planejamento Urbano de Florianópolis – IPUF, juntamente com o levantamento dos mapas, pedologia, geologia, mapa cadastral e restituições topográficas da área de estudo, buscou-se incrementar os dados com a aplicação do mapeamento geotécnico.
OBJETIVOS
O objetivo deste trabalho é mapear geotecnicamente os solos que compõe a microbacia de drenagem do Ribeirão das Pedras através de um Sistema de Informações Geográficas (SIG), fornecendo subsídios geotécnicos que caracterizem melhor a região afetada pelas recentes movimentações de massa.
METODOLOGIA
Para a realização deste artigo, fez-se necessária uma investigação de dados físicos pré-existentes (vetoriais ou matriciais)1, para formação dos mapas preliminares, assim como para a formação de um banco de dados, baseados na coleta e classificação de amostras retiradas em diversos pontos da micro bacia, registrando suas coordenadas espaciais.
Utilizou-se a Metodologia introduzida por Davison Dias (1995), baseando-se na formação de estimativas de unidades geotécnicas, objetivando prever o comportamento do solo relacionando-o com sua gênese, dispondo da pedologia como ciência orientadora do comportamento dos solos.
1
Dados Vetoriais: Composto por pontos, linhas e polígonos / Dados Matriciais ou Raster: Composto por Imagens subdivididas em células uniformes (Pixels).
Origem das Informações
As informações obtidas pelos mapas de Pedologia e Geologia fazem parte dos Estudos Ambientais da Grande Florianópolis, realizada no ano de 1997 pela parceria entre o Instituto de Planejamento Urbano de Florianópolis – IPUF e o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE, gerando informações na escala equivalente a 1: 100.000.
Os levantamentos cadastrais, imagens de satélite e restituição topográfica foram reunidos do Projeto de Modernização da Gestão Territorial e Geoprocessamento Corporativo, através da restituição digital planialtimétrica em escala 1:2.000 realizada em novembro de 2009, conforme folhas DS-08 22-Z-D-V-2-NE-B-IV-6) e DS-04 (SG-22-Z-D-V-2-NE-B-IV-3), baseados na cobertura aerofotogramétrica escala 1:8.000 (março/2007), apoio horizontal e vertical (maio/2007 a julho/2008) e aerotriangulação (agosto/2008).
Observa-se a importância na escolha da escala para atingir as precisões desejadas, assim como base para construção de outros mapeamentos, já que o produto final cartográfico é um processo que envolve o acúmulo de erros gráficos. (ROCHA, 2000).
Conforme Rocha (2000), a escolha da escala de trabalho deve possibilitar a visão total da área, permitindo relacionar dados de diferentes naturezas, integrando sobre bases cartográficas, escala melhor ou igual aos demais dados que serão levantados.
Segundo Loch (1990), deve ser observada a diferença entre tamanho de propriedades e sua taxa de ocupação, aplicando escalas diferenciadas no cadastro técnico, normalmente 1:10.000 para áreas rurais e 1:2.000 ou até 1:1.000 para áreas urbanas, tendo em vista ainda o uso de escalas menores para efeito de zoneamento dessas áreas.
Localização da Área de Estudo
A micro bacia do Ribeirão das Pedras está situada integralmente na ilha de Florianópolis, nos paralelos 27°32’/27°30’ de latitude Sul e entre os meridianos 48°31’/ 48°30’ de Longitude Oeste de Greenwich, conforme Figura 1. A microbacia é cortada longitudinalmente (norte a sul) pela rodovia SC 401. Possui extensão de aproximadamente 9,84 km (quilômetros), apresentando uma área de 3,26 km² (quilômetros quadrados). A área de estudo é composta basicamente pelos bairros de Cacupé e Santo Antônio de Lisboa, sendo que as maiores altitudes chegam a 342 metros em relação ao nível do mar.
Figura 01 – Mapa de Localização da Bacia do Ribeirão das Pedras.
Segundo informações do relatório TCU (2010) a SC-401 é a rodovia estadual de maior volume de tráfego, passando diariamente mais de 30 mil veículos durante a temporada de veraneio. Esta ligação é de grande importância para a região, pois se constitui no principal acesso às praias de Jurerê, Canasvieiras e Ingleses.
Mapas Preliminares
Para a compilação dos dados e formação do mapa geotécnico, foram reunidas as informações de mapas preliminares (geológico e pedológico – escala 1:100.000), articulados em um ambiente SIG, inserindo os polígonos levantados nos estudos anteriores para uma nova base cadastral (restituição topográfica – escala 1:2.000), conforme Origem das Informações explanadas no tópico 3.1.
Os mapas preliminares da área de estudo identificam duas unidades geológicas e duas unidades pedológicas relativamente bem definidas, sendo a primeira relacionada à litologia formada pela Suíte Intrusiva Pedras Grandes - Granito Florianópolis (PS & pg b) e Sedimentos Subatuais Marinhos (QPm), conforme Coitinho et al. (1981), já a segunda, relacionada ao solo, classificada como Podzólico Vermelho-Amarelo Álico (PVa 18) e Areia Quartzosa Marinha Álica (Amaf), conforme Santos (1997), Guaresi (2004) e Raimundo (1998).
Ainda, em relação à classificação geológica da bacia Ribeirão das Pedras, os estudos divulgados pelo IPUF (1997) confirmam a presença das duas unidades, sendo a Suíte Intrusiva Pedras Grandes -Granito Florianópolis (PS & pg b), descrevendo
suas características como sendo granodioritos, nas cores róseas a cinza claro, com granulação bastante variável de fina a grosseira, textura equigranular a portifírica; sendo os Sedimentos Subatuais Marinhos (QPm) caracterizados como litorâneos e eólicos retrabalhados, cuja coloração varia de castanho avermelhada e castanha com presença de óxido de ferro, ocorrendo em terraços com altitude média (15m) e espessura (40m), sendo as melhores exposições na faixa leste da ilha.
Figura 02 – Mapa Geológico da Bacia do Ribeirão das Pedras.
Ao realizar-se as coletas de amostras de solo na região da bacia do Ribeirão das Pedras, observou-se que o material encontrado na região classificado como QPm pelo IPUF (1997) possui características semelhantes à outra litologia também citada no mesmo estudo, mas não alocado a região, classificada como QHI, ou seja, Areias siltico-argilosas, inconsolidadas, mal selecionadas. Esse material possui cores e tons de cinza a creme, é rico em matéria orgânica e com caráter fluvio-lagunar, isto é, oriundos de assoreamento de lagunas costeiras ou associados às Baías, e que de fato, por sua localização geográfica, a bacia de estudo volta-se para a Baía norte da ilha. Esvolta-se último fato somado as sondagens SPT (GEODÉSIA, 1999), sondagens a trado, caracterização tátil-visual das amostras e novas consultas bibliográficas como as do mapeamento de Caruso Jr & Awdziej (1993), reclassificando a região como depósitos transicionais lagunares, só veio afirmar a importância dos trabalhos de campo para um bom mapeamento geotécnico.
Figura 03 – Fotos das sondagens a trado respectivamente nos pontos S5,S7 e S3.
Características do Solo da Micro bacia Ribeirão das Pedras
Sabe-se que os processos de formação do solo dependem de alguns fatores como clima, relevo, material de origem, organismos e tempo de atuação (DAVISON DIAS, 1995). Esses processos levam a formação de perfis (ou horizontes), que por resultado podem caracterizar uma determinada região por suas toposequências em um mesmo substrato de rocha.
Como identificado nos mapas preliminares, a micro bacia do Ribeirão das pedras possui duas unidades pedológicas bem distintas, classificadas como Podzólico Vermelho-Amarelo e Areia Quartzosa Marinha. A primeira caracteriza-se por possuir argilas do grupo das caolinitas no horizonte superficial, mas podendo apresentar minerais expansivos em horizontes mais profundos, em geral não hidromórficos, possuindo perfil do horizonte A ao R, passando pelo B, B/C, C e RA. O horizonte B geralmente apresenta coloração vermelho-amarelada e espessura na ordem de 1 a 3 m, sendo o C com cores rosadas e amareladas e espessuras chegando a 25m. A segunda caracteriza-se por solos hidromórficos, de ocorrência geralmente associada ao relevo plano. (RAIMUNDO, 1998).
IPUF (1997) descreve o geossistema do leste catarinense possuindo declividade acentuada das vertentes, grau de intemperismo e intensidade dos processos morfogenéticos do solo contendo nichos erosivos que não raro evoluem para formas erosivas dos tipos sulcos e ravinas, além da ocorrência ocasional e localizada de movimentos de massa do tipo solifluxão e deslizamentos. É comum a ocorrência de solos litólicos, além dos Podzólicos Vermelho-Amarelos, Vermelho-Amarelo-Latossólico e Cambissolos.
Figura 04 – Mapa Pedológico da Bacia do Ribeirão das Pedras.
a) Podzólico Vermelho-Amarelo álico (PVa 18) na região do estudo, conforme IPUF (1997):
o Argila de atividade baixa (Tb), ou seja, solo que apresenta capacidade de troca de cátion após correção para carbono inferior a 24meq/100g de argila;
o Textura média (menos 35% de argila e mais 15% areia) e média/argilosa (teores de argila entre 35 e 60%);
o Cascalheto (15 a 50% cascalho); o Relevo forte ondulado e
montanhoso;
o Saturação com alumínio igual a 50% ou superior;
b) Areia quartzosa marinha álica (Amaf) na região do estudo, conforme IPUF (1997):
o Relevo plano;
o Solos hidromórficos, profundos, arenosos, excessivamente drenados; o Derivados de sedimentos não
consolidados de origem marinha; o Coloração cinza clara e bruno
amarelado;
Higashi et al (2010), descreve a ocorrência do Podzólico Vermelho-Amarelo de substrato granito presente em ambientes costeiros do estado de Santa Catarina como sendo de camadas de horizonte C chegando a 30m de profundidade, composto de materiais mais arenosos, nível de água profundo e horizonte B pouco espesso, geralmente não ultrapassando 1m de espessura.
Ambos os autores Higashi et al (2010) e Raimundo (1998) apontam condições geotécnicas restritivas ao uso e ocupação desses solos, atribuindo-lhes perda da estrutura com a inundação, elevado grau de erodibilidade, ou ainda planos e falhas remanescentes da rocha. O horizonte C predominantemente espesso e residual acaba por apresentar minerais primários e planos de fraqueza herdadas da rocha mãe, considerado por Davison Dias (1995) como sendo um horizonte complexo, pois o grau de desenvolvimento é heterogêneo. Todos esses indicativos levam a crer que o horizonte C é responsável por governar as instabilidades na micro bacia do Ribeirão das Pedras.
Construção do Mapa geotécnico Preliminar e Consolidação dos Dados
Baseado na metodologia de Davison Dias (1995), a formulação do mapa geotécnico preconiza, para
cada unidade gerada, a sobreposição das cartas geológicas, pedológicas e topográficas, influenciando respectivamente nas características do horizonte de alteração da rocha, horizontes superficiais e limitação das unidades conforme feições do relevo.
Conforme Embrapa (1999), a classe do relevo onde se encontra a bacia de estudo é classificada, em sua maior parte, como sendo de relevo forte ondulado.
Figura 05 – Mapa de Declividades e Modelo Digital do Terreno - MDT.
Ao exaltar a topografia refinada da região de estudo com a geração do modelo digital e curvas de nível em metro em metro inseridas no mapa geotécnico preliminar, foi possível estabelecer com maior eficácia os vetores limitantes de cada polígono geotécnico, sobrepostos e divergentes da topografia por efeito da aplicação de diferentes escalas. As novas unidades geotécnicas limitar-se-ão as feições do relevo (land forms), por serem estas fortemente responsáveis pela pedogênese dos solos encontrados na micro bacia do Ribeirão das Pedras,
uma vez que pode favorecer ou não no transporte, deposição e penetração da água para formação dos horizontes.
Figura 06 – Unidades geotécnicas divergentes das feições do relevo e sobreposição de polígonos.
O resultado encontra-se no mapa geotécnico preliminar apresentado abaixo.
Figura 07 – Mapa Geotécnico Preliminar.
Levantamento de Sondagens e Investigações de Campo
Visando consolidar os dados do mapa geotécnico preliminar e formar o mapa geotécnico final em um ambiente SIG, foi realizado o levantamento das sondagens SPT anteriormente realizadas no local do estudo e investigações de campo, taludes expostos e sondagens a trado para reconhecimento dos solos. Fez-se o uso de GPS (Global Positioning System), para que fosse possível o georreferenciamento dos pontos analisados.
A utilização do trado helicoidal baseou-se na realização de pequenos furos com profundidade média de 1,25 m para amostragem e classificação
tátil-visual, classificados como S1 à S7, conforme Figuras 08 e 09.
As sondagens SPT consultadas na região de estudo, constando de 04 furos, designados de 01 a SP-04, conforme Figura 09, perfazendo um total de 83,22 metros lineares de sondagem, determinaram as seguintes características:
Quanto a compacidade ou resistência dos solos: Em
média, os cinco primeiros metros registraram a resistência a penetração entre 1 a 5 golpes necessários à cravação de 30 (trinta) centímetros do amostrador, obedecendo as prescrições da NBR-6484/80. Os limites de sondagem atingiram profundidades na faixa dos 20 metros.
Quanto a Classificação das amostras: Em geral
registraram camada superficial composta por aterro e argila orgânica até o primeiro metro, sendo argila arenosa cinza clara à cinza escura, mole, com presença de fósseis marinhos com variações até a faixa de 7 metros, atingindo seu limite de penetração na camada de silte arenoso com presença de pedregulhos, pouco à muito compacto.
Seguindo o mesmo princípio das sondagens a trado, os taludes expostos também tiveram seu reconhecimento por amostragens e classificação tátil-visual, classificados como TE1 ao TE11, representados na Figura 09.
Figura 08 – Sondagens à Trado.
Através das saídas de campo, e principalmente das tradagens, foi possível detectar os tipos de solos da região de estudo, distribuídos na figura abaixo de acordo com a classificação dos pontos de coleta.
Figura 09 – Pontos investigados.
Objetivando facilitar o mapeamento de campo, optou-se por identificar e dividir as unidades geotécnicas como sendo de origem residual (PVa18PSpgb) ou sedimentar (AMafQHI), facilmente identificáveis por sua coloração, cheiro e textura, ou ainda com metodologias expeditas como é o caso do sistema de classificação de solos através da moldagem de esferas submetidas à imersão - GODOY (1997), também utilizadas neste estudo e que orientou de forma satisfatória a demarcação da transição nos perfis de sondagem entre solos residuais e sedimentares.
Figura 10 – Moldagem de esferas submetidas à imersão para cada ponto investigado da micro bacia.
Segundo Godoy (1997) apud Higashi (2006), quanto maior o grau de comportamento laterítico (presença de uma cimentação natural causada pelos óxidos de ferro e alumínio), menor a reação com a água. Já ao contrário, quando a esfera de solo reage imediatamente ao ser imersa, perde totalmente a coesão. Isto acontece em solos arenosos, de menor grau de comportamento laterítico. Esse último comportamento foi visualizado nas amostras de solos coletados na região de estudo, sendo que as esferas submetidas à imersão apontadas como sendo de origem residual tiveram sua desagregação imediata. Já as apontadas como sedimentares não desagregaram, permanecendo intactas e com excessiva turbidez.
Comportamento mecânico de solos residuais e sedimentares
Há diversas maneiras de se classificar os solos, como pela origem, pela sua evolução, pela estrutura, etc. Conforme seu processo geológico de formação, os solos são divididos em dois grandes grupos, sedimentares e residuais, a depender da existência ou não de um agente de transporte na sua formação, respectivamente. Estes agentes de transporte influenciam fortemente nas propriedades dos solos sedimentares, a depender do seu grau de seletividade.
As características dos solos sedimentares são função do agente de transporte. Cada agente de transporte seleciona os grãos que transporta com
maior ou menor facilidade, além disto, durante o transporte, as partículas de solo se desgastam e/ou quebram. Resulta daí um tipo diferente de solo para cada tipo de transporte. Esta influência é tão marcante que a denominação dos solos sedimentares é feita em função do agente de transporte predominante.
Pode-se listar os agentes de transporte, por ordem decrescente de seletividade, da seguinte forma: ventos (Solos Eólicos), Águas (Solos Aluvionares), Água dos Oceanos e Mares (Solos Marinhos), Água dos Rios (Solos Fluviais), Água de Chuvas (Solos Pluviais), Geleiras (Solos Glaciais), Gravidade (Solos Coluvionares)
Os solos residuais são solos que permanecem no local de decomposição da rocha. Para que eles ocorram é necessário que a velocidade de decomposição da rocha seja maior do que a velocidade de remoção do solo por agentes externos. A velocidade de decomposição depende de vários fatores, entre os quais a temperatura, o regime de chuvas e a vegetação. As condições existentes nas regiões tropicais são favoráveis a degradações mais rápidas da rocha.
Como a ação das intempéries se dá, em geral, de cima para baixo, as camadas superiores são, via de regra, mais trabalhadas que as inferiores. A rocha sã passa paulatinamente à rocha fraturada, depois ao saprolito, ao solo residual jovem e ao solo residual maduro. Em se tratando de solos residuais, é de grande interesse a identificação da rocha sã, pois ela condiciona, entre outras coisas, a própria composição química do solo.
O solo residual jovem apresenta boa quantidade de material que pode ser classificado como pedregulho. Geralmente são bastante irregulares quanto a resistência mecânica, coloração, permeabilidade e compressibilidade, já que o processo de transformação não se dá em igual intensidade em todos os pontos, comumente existindo blocos da rocha no seu interior.
Os solos maduros, mais próximos à superfície, são mais homogêneos e não apresentam semelhanças com a rocha original. De uma forma geral, há um aumento da resistência ao cisalhamento do solo, da textura (granulometria) e da heterogeneidade do solo com a profundidade.
Os fatores que influenciam o comportamento de resistência de solos residuais e solos sedimentares são bastante distintos. Enquanto que para os solos sedimentares a história de tensões a que o maciço foi submetido é fator primordial no comportamento dos solos, para os solos residuais o efeito de tensões prévias é praticamente irrelevante (Vaughan, 1988). Nos solos residuais as partículas e seus arranjos evoluem progressivamente como uma conseqüência do intemperismo, com ampla variedade mineralógica, grau de cimentação e de índices de
vazios. São estes pontos, somados ao fato da maioria dos solos residuais se encontrarem em estado não saturado que comandam o comportamento de resistência destes solos.
RESULTADOS FINAIS
Após as coletas de campo, todos os dados foram
analisados e confrontados com o banco de
dados da micro bacia do Ribeirão das Pedras, o
que permitiu os ajustes finais para uma melhor
caracterização e precisão das unidades
geotécnicas anteriormente levantadas na etapa
preliminar.
Figura 11 – Mapa geotécnico final.
CONCLUSÕES
Foi possível realizar um Mapeamento Geotécnico no qual foram identificadas 2 unidades geotécnicas, elaborados e identificados no mapa.
Quanto à delimitação das unidades geotécnicas, poder-se-ia obter uma melhor precisão dos resultados através do aumento dos pontos de amostragem e sua avaliação em termos qualitativos e quantitativos.
A obtenção de mapas em melhor escala também contribuiria para a obtenção de melhores resultados.
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