CONDICIONANTES GEOMORFOLÓGICOS E GEOLÓGICOS RELACIONADOS À DEFLAGRAÇÃO DE MOVIMENTOS GRAVITACIONAIS DE MASSA: BACIA DO CÓRREGO DANTAS, NOVA FRIBURGO – RJ.

Autores

Silva, R.P. (UFRJ) ; Lima, P.H.M. (UFRJ) ; Facadio, A.C. (UFRJ) ; Coelho Netto, A.L. (UFRJ)

Resumo

Os movimentos gravitacionais de massa destacam-se por seu potencial destrutivo, principalmente em áreas de domínio montanhoso, onde podem atingir dimensões catastróficas, principalmente durante eventos extremos de chuva. A compreensão destes fenômenos passa diretamente pelo entendimento das suas características e fatores controladores e predisponentes, tais como geomorfológicos, geológicos e hidroclimáticos. Este estudo buscou compreender o papel exercido pela geomorfologia e litologia na deflagração de movimentos de massa, frente ao evento extremo de chuva ocorrido na Região Serrana do Rio de Janeiro, em 2011. Os resultados abordam a distribuição quantitativa dos movimentos de massa para a bacia do Córrego Dantas, Nova Friburgo. Posteriormente, os movimentos de massa, subdivididos em suas respectivas tipologias, foram caracterizados em relação à fatores como a área, declividade e geometria, assim como fatores litológicos influenciadores.

Palavras chaves

Movimentos gravitacionais de massa; Condicionates geomorfológicos; Condicionantes geológicos

Introdução

Os desastres hidrológicos, entendidos como movimentos gravitacionais de massa úmidos e inundações (EM-DAT, 2009), são os que mais causam prejuízos financeiros e mortes (DEPLOEY e CRUZ, 1979; BRABB e HARROD, 1989; ONU, 1993; GUIMARÃES et al., 2011). Segundo dados disponibilizados pelo EM-DAT (2015), entre os anos de 1950 e 2014, ocorreram cerca de 5.000 desastres hidrológicos, totalizando mais de 3,6 bilhões de pessoas afetadas; o que significa dizer que quase metade da população mundial, em algum momento, foi impactada por desastres dessa natureza. No Brasil, os movimentos gravitacionais de massa (genericamente denominados deslizamentos) destacam-se por seu potencial destrutivo, principalmente em áreas de domínio montanhoso. O relevo acidentado aliado a altos índices pluviométricos e aos diferentes usos e ocupações do solo tendem a potencializar a magnitude destes deslizamentos, os quais podem assumir a denominação de desastres, em função dos elementos sob risco (KELLER e DEVECCHIO, 2012). Um exemplo de desastre socioambiental ocorrido nos últimos anos é o evento extremo de chuva de Janeiro de 2011 na Região Serrana do Rio de Janeiro. Segundo números oficiais, foram registradas 905 mortes (MP-RJ, 2013) e um prejuízo da ordem de 4,8 bilhões de reais (Banco Mundial, 2012). Coelho Netto et al. (2013), em uma área de 421 km² mapearam 3.622 deslizamentos, entre os municípios de Nova Friburgo e Teresópolis. Para este mesmo evento, Tiga (2013), apontou a ocorrência de 7.268 deslizamentos, entre os municípios de Bom Jardim, Duas Barras, Nova Friburgo, Teresópolis, São José do Vale do Rio Preto e Sumidouro, em uma área de aproximadamente 1.218 km². Ambos os estudos apontam um maior número de cicatrizes de deslizamentos em Nova Friburgo, o que faz deste município, mais especificamente da bacia do Córrego Dantas (53 km2) uma promissora área laboratório (Figura 1). Os deslizamentos resultam da interação entre diversos fatores, tais como: geomorfológicos; geológicos; hidroclimáticos; pedológicos; além do elemento humano (GUIDICINI e NIEBLE, 1984; AUGUSTO FILHO e VIRGILI, 1998; FERNANDES et al., 2001). Devido a complexidade existente entre estes condicionantes, neste trabalho, o foco recai somente sobre os parâmetros geomorfológicos e geológicos, os quais influenciam diretamente na suscetibilidade de terreno frente a ocorrência de movimentos de massa. Os condicionantes geomorfológicos abordados neste estudo referem-se à geometria das encostas e a declividade, parâmetros que influenciam na suscetibilidade do terreno. Segundo Wolle (1980), o conhecimento da evolução geomorfológica de uma encosta é de fundamental importância para a compreensão dos processos de instabilidade. A declividade é apontada como uma componente essencial nas análises de estabilidade (BEVEN e KIRKBY, 1979; DIETRICH et al., 1995; RAMOS et al., 2003), visto que este parâmetro influencia diretamente na tensão cisalhante do solo. A litologia também apresenta papel de destaque nas análises de suscetibilidade do terreno (PACHAURI et al., 1998; DAI et al., 2001). Estudos conduzidos por Dai et al. (2011) e Borgomeo et al. (2014) indicam que os movimentos de massa tendem a se concentrar em rochas de baixa resistência mecânica ou em unidades de rochas duras altamente fraturadas. A despeito disso, alguns autores afirmam não haver uma dependência clara entre os movimentos de massa e as unidades geológicas (CHAU et al., 2004; PERUCCACCI et al., 2012). Revela-se aí a necessidade de uma investigação minuciosa, a partir da criação de um inventário de cicatrizes de deslizamentos geradas no evento extremo de 2011. Identificar a relevância das características geomorfológicas e litológicas na distribuição espacial dos deslizamentos, as quais podem assumir papel diferenciado e diferenciador no grau de suscetibilidade de terreno. A análise destes parâmetros constitui-se como um suporte fundamental na elaboração de análises de riscos frente a movimentos gravitacionais de massa.

Material e métodos

Como etapa inicial, foi elaborado um inventário de cicatrizes de deslizamento, constando a localização, a data de ocorrência, tipo de movimento e outras características, como área e forma dos deslizamentos. Este documento foi gerado a partir do mapeamento realizado por Coelho Netto et al. (2013) logo após o evento extremo de chuva de 2011. Através de interpretação visual, por meio de uma imagem de satélite de alta resolução espacial (imagem Geoeye com 0,5 m), aliada a investigações de campo – onde mais de 90% das cicatrizes mapeadas foram visitadas. Desta forma foi possível gerar um inventário de cicatrizes de deslizamentos para o evento de Janeiro de 2011, em escala detalhada (1:5000). Os movimentos gravitacionais de massas foram classificados a partir da proposta de Varnes (1978), em: planar raso, rotacional, fluxo detritíco e complexo. Os deslizamentos planares rasos foram caracterizados por uma superfície erosiva que varia de 1,5 a 2,0 metros, paralela à superfície, associadas às heterogeneidades dos solos e rochas as quais representam descontinuidades mecânicas e/ou hidrológicas derivadas de processos geológicos, geomorfológicos ou pedológicos. Em muitos casos, os movimentos de massa estiveram associados a cortes de taludes, uma vez que promovem a instabilidade das encostas adjacentes assim como descrito por Swanson e Dyrness (1975), Borga et al. (2005) e Jaafari et al. (2015). Os movimentos rotacionais têm sua ocorrência mais restrita às regiões que apresentam um relevo fortemente controlado por estruturas geológicas, e tendem a ser associados aos maciços rochosos pouco ou muito alterados. Apenas uma cicatriz de deslizamento foi classificada como rotacional, sendo excluída da análise quantitativa devido à baixa representatividade numérica. Os fluxos detríticos estiveram associados a movimentos gravitacionais de massa que se deslocaram de forma rápida, com caráter essencialmente hidrodinâmico, ocasionados pela perda de atrito interno das partículas de solo. Estes movimentos foram gerados a partir de grande aporte de materiais como solo, rocha e árvores que, ao atingirem áreas côncavas (canalizadas ou não) foram liquefeitos, formando uma massa de elevada densidade e viscosidade. Também foram mapeadas cicatrizes de deslizamento classificadas como complexas que, de acordo com Varnes (op. cit.), correspondem a junções de mais de um movimento de massa com diferentes tipologias. Este tipo de deslizamento normalmente esteve associado à cabeças (“crown” ou “scar head”), em suas partes superiores, resultantes de movimentos translacionais rasos, que ao se juntarem com outros movimentos em eixos de canais passaram a ter alto poder destrutivo. As análises litológicas foram realizadas a partir do mapa geológico na escala 1:5000 confeccionado por Vinagre et al. (em preparação) para a Bacia do Córrego Dantas. A partir deste material foi possível definir a área de cada unidade geológica na bacia e também em qual litologia as cicatrizes de deslizamento se concentravam, para que posteriores cruzamentos fossem realizados. Já as análises geomorfológicas foram geradas a partir da topografia em escala local (1:5000) que, com o auxílio da imagem de satélite, do acervo fotográfico e de anotações de campo, permitiram a definição da declividade média das cicatrizes de deslizamento e também das formas das encostas que os movimentos se concentraram, durante o evento de Janeiro de 2011. Os dados foram gerados a partir de plataforma GIS, com o uso do software Arcgis 10.3 e as análises estatísticas se deram com auxílio de planilhas eletrônicas gerados no EXCEL (Microsoft Office). Em relação à geometria de encostas, os resultados foram obtidos através dos valores da General Curvature, extraídos através da ferramenta “Curvature” presente no software Arcgis 10.3, a partir de um raster com células de 10 metros criado para a área de estudo, utilizando a metodologia de definição das geometrias propostas por Blaga (2012).

Resultado e discussão

Foram mapeados 326 movimentos de massa dos quais 278 (86%) foram classificados como planares rasos, 24 como fluxos detríticos (7%) e 24 complexos (7%), corroborando assim o estudo dirigido por Lacerda (1997), o qual afirma que os deslizamentos planares rasos são os mais comuns em todo o escarpamento da Serra do Mar. A soma das áreas dos movimentos de massa ocorridos na bacia do Córrego Dantas, gerou uma superfície erosiva total de 1,6 km², ou seja, cerca de 3% da área total da bacia. A análise das áreas dos movimentos, relacionando com as suas tipologias, revelou uma superfície erosiva média de 0,03 km² para os movimentos classificados como complexos; 0,005 km² para os fluxos detríticos; e uma área média de 0,002 km² para os movimentos classificados como planares rasos. A análise da declividade das cicatrizes revelou uma média de 31,7° (σ = 8,0); este valor encontra-se bastante condizente com o valor de 28º exposto por Lima et al. 2014 para a mesma área de estudo. Vale ressaltar que o resultado obtido por Lima et al (op. cit) foi gerado a partir de um inventário de cicatrizes de deslizamentos em escala de menor detalhe que o atual, reiterando a importância da definição da escala de análise na acurácia dos dados produzidos. Sidle et al. (1985) argumentam que embora seja difícil estabelecer limites para o ângulo de inclinação das encostas ditas instáveis, a maioria dos taludes com ângulos maiores que 25º podem apresentar movimentação mais rápida do que aqueles com valores inferiores, condizendo assim com os valores encontrados para a área de estudo. Os dados médios de declividade para cada uma das tipologias de deslizamentos, revelaram valores semelhantes entre elas, porém na categoria fluxo detríticos, a declividade média foi sutilmente superior as outras categorias (34º), como mostra a Figura 3. Quanto à utilização desse fator como evidência de escorregamentos é difícil avaliar os processos naturais e induzidos sem considerar a importância da declividade. A geometria das encostas tem grande influência nos processos erosivos, uma vez que determina a convergência ou dispersão do fluxo de água na encosta. A análise mostrou um predomínio de cicatrizes situadas em encostas côncavas (66,5%); seguido por cicatrizes em encostas convexas (27%) e cerca de 6,5% em encostas retilíneas. Por representarem zonas de convergência de fluxo, tanto superficiais quanto subsuperficiais, as encostas com geometria côncavas, durante eventos extremos de chuva, tendem a sofrer aumento de poro-pressão (COELHO NETTO, 1985; DIETRICH et al., 1986; AVELAR E COELHO NETTO, 1992; FERNANDES et al. 2001). A alteração das propriedades geomecânicas do solo potencializam a instabilidade do material devido à redução da resistência ao cisalhamento em função da saturação do solo. Assim é de se esperar que as formas côncavas de encosta exerçam uma grande influência na localização das cicatrizes de deslizamentos (FERNANDES E AMARAL, 1996), como observado na bacia do Córrego Dantas. Assim como a declividade e a geometria de encostas, outro importante indicador geomorfológico relacionado à ocorrência de movimentes de massa é o Índice de Eficiência de Drenagem (IED), proposto por Coelho Netto et al. (2007). Lima (2015), estudando este indicador geomorfológico, evidenciou uma elevada variação deste índice quando aplicados às bacias de 1ª e 2ª ordem nesta mesma área. O autor aponta que este índice pode ser usado como um potencial indicador da ocorrência de movimentos de massa, em suas diversas tipologias. Bacias com elevados valores de IED foram, em sua maioria, acometidas por fluxos detríticos ou movimentos complexos, sendo relacionado à dinâmica conjugada entre os sistemas de encosta e canais fluviais - responsáveis pela evolução das redes de drenagem. Ao mesmo tempo bacias com IED médios ou baixos, em geral, são acometidas por movimentos translacionais rasos, que por sua vez estão relacionados à dinâmica das encostas. De acordo com o mapa geológico de Vinagre et al. (em preparação) para a bacia do Córrego Dantas, são definidas seis unidades geológicas e suas respectivas áreas na bacia: Diorito equigranular médio (1%); Gabro/Microgabro (8%); Granada biotita paragnaisse bandado (14%); Granito equigranular fino a médio (14%); Granito/Granodiorito com fenocristais (28%); Ortognaisse granítico (33%). O predomínio de 75% das cicatrizes de deslizamento nas unidades Ortognaisse granítico e Granito/Granodiorito com fenocristais, pode se justificar pelo fato dessas unidades litológicas apresentarem a maior representatividade espacial na área de estudo. Porém, além disso, os dados de densidade de cicatrizes de deslizamentos por km² evidenciam uma maior concentração das cicatrizes nestas mesmas litologias, 0.043 km² para o Ortognaisse granítico e 0.039 km² para o Granito/Granodiorito, o que nos remete, em um primeiro momento, a uma predisposição de ocorrência dos deslizamentos em rochas granito-gnáissicas. O mapa geológico utilizado neste estudo prende-se a composição mineralógica das rochas para a definição de cada unidade, porém o comportamento mecânico ainda não é conhecido. Por esse motivo, para a interpretação dos resultados e estabelecimento de possíveis correlações entre o tipo de solo e a ocorrência de deslizamentos utilizou-se o perfil de intemperismo para rochas granítico-gnáissicas descrito por Deere e Patton (1971). Estes autores definem três zonas ao longo do perfil de solo, sendo elas: i) zona I – solo residual (maduro e jovem); ii) zona II – rocha alterada (muito alterada e pouco alterada); zona III – rocha sã. Como os movimentos de massa ocorridos em Janeiro de 2011 foram em sua maioria rasos (zona I), acredita-se que a principal influência exercida pelos solos na deflagração dos deslizamentos tenha se dado a partir de descontinuidades, sendo estas: falhas, fraturas e horizontes com diferentes propriedades hidromecânicas. Essas descontinuidades podem atuar de modo decisivo na distribuição da poro-pressão ao longo da encosta e, consequentemente, em sua estabilidade (SELBY, 1993). É importante ter em mente que nos solos residuais tropicais de substrato granítico-gnáissicos o intemperismo se dá através de esfoliação esferoidal, resultando em formas arredondadas e concêntricas. Lacerda (1999) demonstrou a influência de diques de diabásio na instabilidade de uma encosta localizada no município de Teresópolis, Região Serrana - RJ. Segundo este autor, os diques agem como um obstáculo ao fluxo subsuperficial, ocasionando o artesianismo. A interpretação das anomalias nas linhas de fluxo geradas pela presença dos diques e, consequente o artesianismo, conferem a este fenômeno a geração de uma superfície potencial de ruptura. Estudos conduzidos por Silva (2014) em uma área adjacente a bacia do Córrego Dantas evidenciaram a presença de blocos em superfície e subsuperfície os quais podem exercer a mesma função que os diques de diabásio do estudo de Lacerda (op. cit.). Ainda neste estudo, Silva (op. cit.) encontrou valores de condutividade hidráulica (K) mais elevados em solos rasos (< 3m) do que em solos mais profundos (> 3m < 15m), evidenciando a ocorrência de horizontes com diferentes propriedades hidráulicas. A influência dos blocos rochosos aliada a variação de K, formam um cenário propício à ocorrência de fluxos instabilizadores, principalmente durante eventos prolongados de chuva ou durante chuvas intensas, como ocorrido no evento de Janeiro de 2011. Por esse motivo, outras frentes de pesquisa devem ser abertas a fim de melhor compreender a concentração dos deslizamentos na parte mais a jusante da bacia, sendo uma delas a análise dos dados pluviométricos para definir a trajetória da chuva ao longo da área de estudo e possíveis limites críticos para a ocorrência de deslizamentos. A precipitação é apontada como o principal fator deflagrador dos deslizamentos em regiões tropicais de clima quente e úmido (BARATA, 1969; GUIDICINI e IWASA, 1977; COELHO NETTO et al., 1999; RAHARDJO et al. 2001).

Localização da área de estudo.


Mapa de declividade da bacia do Córrego Dantas.


Mapa geológico da área de estudo.

Considerações Finais

Os resultados obtidos reforçam a latente necessidade do estabelecimento de pesos para cada um dos parâmetros apontados por este estudo, os quais podem assumir papel diferenciado e diferenciador no grau de suscetibilidade de terreno. A compreensão e análise dos condicionantes geomorfológicos, geológicos e hidroclimáticos, assim como a elaboração de um inventário de cicatrizes, compõem uma importante etapa no que diz respeito ao zoneamento de suscetibilidade do terreno. A construção de uma metodologia integrada na elaboração de cartas de suscetibilidade é de fundamental importância no estabelecimento de meios de prevenção, mitigação e adaptação para o enfrentamento de fenômenos que são próprios da natureza. Novas questões e diretrizes de investigação científica serão condutoras do avanço desta pesquisa como suporte ao aprimoramento metodológico voltado a análise em escala detalhada (≥ 1:5 000), qualificação e zoneamento de áreas quanto a suscetibilidade e quanto aos riscos de natureza social, econômica e ambiental. A vertente aplicada desta pesquisa visa o aprimoramento de metodologias para o planejamento e gestão territorial.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), e a Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), que viabilizaram financeiramente a execução deste estudo.

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