Anais: Geotecnologias e mapeamento geomorfológico
MÉTODOS PARA MAPEAMENTO DO ÍNDICE DE ESTABILIDADE DAS VERTENTES DA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO RIBEIRÃO – PARANAGUÁ / PR
AUTORES
Silva, J.P. (UFPR) ; Silveira, C.T. (UFPR) ; Fiori, A.P. (UFPR)
RESUMO
A intensa precipitação pluviométrica do dia 11 de março de 2011 desencadeou
diversos processos de escorregamentos de forma simultânea na Serra do Mar
Paranaense. A partir deste evento, foi possível avaliar dois métodos de
mapeamento de Índice de Estabilidade que são operacionalizados em ambiente SIG
para previsão de áreas susceptíveis a desestabilização das vertentes. Os dois
métodos foram validados com base em um inventário de cicatrizes de
escorregamentos elaborado para este evento.
PALAVRAS CHAVES
Índice de Estabilidade; Escorregamentos; Serra do Mar
ABSTRACT
The intense rainfall of March 11, 2011 triggered many landslides processes in
Serra do Mar of Paraná. In these areas was selected a watershed as a geographical
cut study, with the objective to evaluate two methods of Stability Index mapping,
operationalized in GIS environment, aiming the forethought of susceptible areas
to slope’s destabilization. Both methods were validated based on an inventory of
landslide scars prepared for this event.
KEYWORDS
Stability Index; landslides; Serra do Mar
INTRODUÇÃO
Os movimentos de massa são processos naturais que fazem parte da própria
dinâmica das vertentes. Consiste no desprendimento e movimentação do solo, rocha
e/ou vegetação ao longo de uma vertente sob ação direta da gravidade (TOMINAGA
et. al., 2009).
Quando estes fenômenos atingem áreas habitadas pelo homem, podem causar
diversos danos e passam a se chamar desastres naturais. Uma das formas para
prevenção destes desastres é adoção de mapeamentos sistematizados para a
indicação das áreas mais adequadas para uso e ocupação do solo. Estes
mapeamentos podem ser apoiados em métodos determinísticos que são abordagens que
utilizam modelos matemáticos em bases físicas, ou seja, que podem descrever
alguns dos processos e leis físicas que controlam a estabilidade de vertentes.
Os mapeamentos de Índice de Estabilidade (SI) elaborados neste trabalho
seguiram respectivamente as propostas metodológicas de FIORI e CARMIGNANI (2009)
denominado como método (1) e aplicação da rotina customizada no aplicativo
SINMAP (PACK, 1998) denominado como método (2).
Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi a aplicação de dois métodos
de mapeamento, que utilizam como base a modelagem do fator de segurança (Fs). Os
resultados obtidos foram validados a partir de um inventário de cicatrizes de
escorregamento, após um evento de intensa chuva na Serra do Mar Paranaense,
ocorrido no dia 11 de março de 2011.
Como recorte de estudo foi adotada a bacia hidrográfica do Rio Ribeirão
devido a sua representatividade, uma vez que se localiza dentro da área onde
ocorreram escorregamentos no episódio de intensa chuva. A área de estudo possuí
uma área de aproximadamente 16,511km² e se localiza no município de
Paranaguá/PR.
MATERIAL E MÉTODOS
Para este trabalho foram utilizados os dados espaciais da carta 2858-2
NO do Mapeamento Pró-Atlântica disponíveis no sítio do ITCG do Paraná.
A primeira etapa consistiu na elaboração do Modelo Digital de Terreno
(MDT) em formato grid, com pixel de 5 metros, a partir dados espaciais: curvas
de nível, pontos cotados e drenagem.
Os parâmetros geotécnicos utilizados basearam-se nos ensaios de
cisalhamento direto realizados por Kozciak (2005) na bacia hidrográfica do rio
Marumbi, sendo distribuídos de acordo com as unidades de mapeamento de solos
identificadas na Bacia do Rio Ribeirão.
O primeiro mapa de Índice de estabilidade (SI) segue a equação 9-22 do
fator de segurança proposto por Fiori e Carmagnani (2009, p. 334).
Para razão hw/h (Altura da zona de solo saturado perpendicular à
vertente / Profundidade do solo perpendicular à vertente) foi adotado o valor de
1 levando em consideração a saturação completa do solo durante os
escorregamentos.
Os valores para o atrito das raízes no plano de movimentação e pressão
do vento sobre uma cobertura vegetal para o método (1) foram respectivamente 3,0
kPa (WOLLE & PEDROSA, 1981) e 1,0 kPa (FENDRICH & FERREIRA, 1995).
A aplicação da equação foi realizada no software ArcGIS 9.3.1 (ESRI,
2006).
O segundo mapa de Índice de Estabilidade (SI) seguiu o roteiro
metodológico indicado pelo manual do software SINMAP (PACK, 1998). Neste método
os valores de entrada de coesão adimensional, transmissividade/precipitação,
ângulo de atrito foram inseridos considerando valoes maximos e minimos para cada
variavel.
Neste trabalho, foram adotadas 5 classes para a indicação de
estabilidade. Para conferir a confiabilidade dos métodos aplicados adotou-se a
sobreposição de um inventário com 232 cicatrizes de escorregamentos que
compreende a área selecionada para este estudo. Este inventário foi
confeccionado pelo Núcleo de Geoprocessamento da UFPR, sendo elaborado a partir
da imagem Wordview 1 tomada logo após o evento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para os dois procedimentos metodológicos as áreas instáveis cujo Índice de
Estabilidadade é menor do que um (SI<1), estão situadas na porção oeste da bacia
do Ribeirão. Desta maneira, os mapeamentos estão coerentes com a configuração
geológica-geomorfológica da área de estudo. Cerca de 67% da bacia apresenta alta
dissecação com declividades superiores a 15º que estão condicionadas pelas
descontinuidades das estruturas geológicas Graníticas/Gnassico-Migmatiticas da
Serra do Mar e pela elevada precipitação anual de cerca de 3600 mm. As
declividades superiores a 22° com associação de Neossolos Litólicos+Cambissolos
foram definidas como as áreas mais instáveis pelo método (1).
O método (2) considera áreas instáveis a partir das declividades de 12°.
Os solos para essa classe compreendem parte da associação de Cambissolos, sendo
que a maioria é constituída pela associação de Neossolos Litólicos+Cambissolos.
Conforme o inventário de cicatrizes, a base cartográfica e o mapa de solos
utilizados, os escorregamentos estão situados em declividades superiores a 14º,
acima de 400 metros de altitude sobre forte presença da associação de Neossolos
Litólicos + Cambissolos e uma representativa parcela de associações de
Cambissolos.O método (1) demarcou 27,76% da área como Instável, resultando em um
acerto de 62,81% dos escorregamentos espacializados no inventário de cicatrizes.
Desta classificação, 83% coincidem com a classificação do SINMAP. O método (2)
demarcou 45,50% da área como Instável, tendo um total de acerto 73,74% para esta
classe.
O método (2) obteve um melhor nível de acerto considerando o universo
total de escorregamentos nas áreas instáveis do que o apresentado pelo método
(1). Entretanto, se analisarmos o mapa é possível observar que este método
superestimou uma área maior sujeita deflagração de escorregamentos.
Para a classe Muito Baixa Estabilidade (1-1,25), as áreas indicadas pelo
método(2) são 53,74% idênticas espacialmente ao método (1). As declividades para
esta classe nos dois métodos variam de 9° até 26°. As classes definidas como
Baixa Estabilidade (1,25-1,5) e Moderada (1,5-2), pouco coencidem espacialmente
entre as mesmas classes para os dois mapeamentos. Esta variação se deve
principalmente aos critérios de modelagem adotados para cada método. Para as
áreas de Baixa Estabilidade houve o predominio de associações de
Latossolos+Argissolos e a ocorrência de algumas áreas com Cambissolos e
Neossolos+Cambissolos. As classes de Moderada Estabilidade predominaram as
associações de Latossolos+Argissolos. As classes de Muito Baixa Estabilidade e
Baixa Estabilidade do método (1) somadas concentraram 27,71% de acerto com
relação ao inventário de cicatrizes. As mesmas classes para o método (2)
obtiveram 23,18% de acerto. Os escorregamentos registrados nestas classes estão
relacionados também a transbordamentos de material das áreas mais instáveis,
assim como nas classes de Moderada Estabilidade e Estável. O método (1)
considerou as áreas com até 14° de declividade como estáveis e o método (2)
considerou com até 12º. Nesta classe, os dois procedimentos metodológicos
apresentam uma boa correlação, aonde cerca de 78% do método (2) é igual ao
método (1). Em ambos os métodos, existe a predominância da classe estável para
os Gleissolos que predominam nas áreas mais aplainadas e associação de
Latossolos+Argissolos onde as declividades são de até 12°, ou seja, áreas suaves
onduladas. A validação dos mapeamentos possibilitou averiguar a eficiência do
emprego de métodos matemáticos para a indicação de áreas suceptíveis a
escorregamentos rasos. Para a definição destas áreas e suas respectivas classes
de estabilidade, a inclinação da vertente se mostrou o atributo de maior
representatividade para os modelos empregados. Mesmo assim, a espacialização das
informações geotécnicas e a equação do fator de segurança (Fs) foram
determinantes para o resultado final para cada método.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os resultados apresentados não devem ser interpretados como numericamente
precisos, sendo mais apropriado se interpretados em termos de risco relativo. Não
foi possível correlacionar todas as classes de Índice de Estabilidade, pois estas
se apresentaram com distribuição espacial diversificada entre os dois métodos.
As diferenças dos resultados apresentados estão relacionados a aplicação
diferenciada do fator de segurança (FS) para cada procedimento metodológico. O
método (1) considera valores únicos para as propriedades físicas dos solos e o
método (2) é possível estabelecer valores máximos e mínimos e adota critérios
probabilísticos para a mesma área de calibração.
A precisão dos resultados está intimamente relacionada com a qualidade
dos dados e recursos empregados, sejam eles cartográficos ou dados geotécnicas
dos solos. Os dois métodos possibilitam que diversas simulações sejam efetuadas
com base em equações que procuram representar a instabilidade das vertentes.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA
ALMEIDA, F.F.M. e CARNEIRO, C.D.R - 1998 - Origem e evolução da Serra do Mar. Revista Brasileira de Geociências, São Paulo, v.28, n.2, p. 135-150.
FENDRICH, R. e FERREIRA, M. A. (1995). Rosa de Freqüência dos Ventos no Estado do Paraná. Revista Acadêmica da PUC/PR. Vol. 11, p. 49 – 57.
FIORI, A. P.; CARMIGNANI, L. (2009) Fundamentos de Mecânica dos solos e das rochas: aplicação na estabilidade de taludes – Ed. UFPR – Curitiba, PR.
GUIMARÃES, R.F.; CARVALHO JUNIOR, O.A.; GOMES, R.A.T.; FERNANDES, N.F. Movimentos de Massa. In: FLORENZANO, T. G. (Orgs). Geomorfologia: Conceitos e Tecnologias Atuais. São Paulo: Oficina de Texto, 2008. Cap. 6, p. 159-184.
KOZCIAK, S. Análise Determinística da Estabilidade de Vertentes na Bacia do Rio Marumbi – Serra do Mar – Paraná. Curitiba, 2005, p. 151. Tese (Doutorado em Geologia Ambiental). Universidade Federal do Paraná.
MAACK, R. Geografia física do Estado do Paraná. 3°. edição.Curitiba: Imprensa Oficial, 2002.
PACK, R. T., D. G. TARBOTON AND C. N. GOODWIN, "The SINMAP Approach to Terrain Stability Mapping," Paper Submitted to 8th Congress of the International Association of Engineering Geology, Vancouver, British Columbia, Canada 21-25 September 1998.
SILVEIRA, C. T. “Análise Digital do Relevo na predição de unidades preliminares de s de Transimapeamento de solos: integração de atributos topográficos em sistemas de informações geográficas e redes neurais artificiais”. Tess de Transie (Doutorado em Geografia) Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2010.
TOMINAGA, L. K. (Org.); SANTORO, J. (Org.); AMARAL, R. (Org.) . Desastres Naturais: conhecer para prevenir. 1ª. ed. São Paulo: Instituto Geológico, 2009. v. 01. 196 p.
WOLLE, C. M. e PEDROSA, J. A. B. (1981). Horizontes de Transição Condicionam Mecanismo de Instabilidade de Encostas na Serra do Mar. Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia, ABGE, vol. 2, p. 121 – 135. Itapema – SC.