Autores

Zaidan, R.T. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA) ; Caramez, L.A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA) ; Gomes, F.C.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA)

Resumo

O presente artigo realizou uma comparação entre dois modelos de estabilidade de encosta, SHALSTAB e SINMAP, que consideram aspectos hidrológicos, pedológicos e topográficos. Os modelos foram aplicados à uma área do município de Juiz de Fora – MG que compreende sete regiões urbanas, Santa Luzia, Cruzeiro do Sul, Boa Vista, Mundo Novo, Bom Pastor, Vila Ideal e Graminha, onde inúmeros escorregamentos foram registrados no período de 1996 a 2014. O SHALSTAB demonstrou melhor desempenho na identificação de áreas susceptíveis a escorregamentos, por isso recomenda-se seu uso para estimativa para a análise em questão. Entretanto, recomenda-se o uso do SINMAP para fins menos específicos como zoneamento de perigo e orientação de vetores de expansão da malha urbana.

Palavras chaves

Escorregamentos; SHALSTAB; SINMAP

Introdução

Juiz de Fora, se enquadra no conceito de cidade média, ou seja, uma cidade que aporta um estoque de população de certo tamanho, considerando seu papel na hierarquia da rede cidades e sua importância regional (BARBOSA, 2015). Por se destacar como polo regional, a cidade vive nas últimas décadas um processo intenso de reorganização espacial, sobretudo provocado pela mudança nos modelos de uso e ocupação do espaço urbano em algumas regiões (CHAVES, 2010). Desta forma, o uso indiscriminado da superfície urbana, que não leva em conta os limites e riscos impostos pela natureza, tem sido responsável pelo surgimento de vários processos de movimentos de massa que, além de causarem prejuízos econômicos, têm comprometido a qualidade da vida da população e levado à perda de vidas humanas em várias partes do mundo (FERNANDES et al, 2001 apud COSTA, 2015). E sendo o município de Juiz de Fora se localizado na Zona da Mata Mineira, inserido no contexto que segundo Ab’ Saber (1996) enquadra como mares de morros, registra com frequência a ocorrência de movimentos de massa associados a perdas sociais e econômicas (ZAIDAN et al, 2009). Desta forma existem algumas metodologias para a identificação de locais de possível ocorrência destes eventos, nos quais se destacam os manuais de campo (IPT) e atualmente mais empregados nestas analises os modelos físico- matemáticos. Este trabalho optou pelo uso dos modelos, pois com a aceleração das mudanças promovidas pela sociedade na paisagem e a necessidade cada vez maior de gestão do espaço, os modelos computacionais são capazes de empreender análises rápidas, com custos relativamente baixos e ainda as possíveis comparações de diversos parâmetros de maneira simultânea. Doravante, o objetivo do trabalho é apresentar a comparação entre dois modelos de previsão de escorregamentos, um baseado em parâmetros de modelagem física (SHALSTAB) e outro em critérios estatísticos (SINMAP) a fim de estabelecer quais deles possuem um melhor desempenho dentro do recorte espacial de análise.

Material e métodos

Área de estudo A área de estudo encontra-se situada no município de Juiz de Fora, a sudeste do Estado de Minas Gerais, localizada de forma parcial ou integral as seguintes regiões urbanas: Santa Luzia, Cruzeiro do Sul, Boa Vista, Mundo Novo, Bom Pastor, Vila Ideal e Graminha onde residem, segundo dados do Censo (IBGE, 2010) aproximadamente 30.646 mil habitantes (Figura1). Figura 1 - Área de Estudo Tratamento inicial dos dados para os modelos A preparação do MDE para a modelagem consistiu na interpolação dos produtos referentes ao levantamento aerofotogramétrico na cidade de Juiz de Fora feito em 2007, que através do sensor LIDAR foram extraídas curvas de nível com equidistâncias de 1 metro, para a geração do Modelo Digital de Elevação (MDE). Os parâmetros geotécnicos das propriedades físicas dos solos da região foram determinados a partir da bibliografia já existente, por ensaios promovidos por Fonseca (2015) em área com características geológicas, pedológicas e geomorfológicas semelhantes. Visto que esses parâmetros já foram aplicados com resultados satisfatórios em Costa (2016) e Menon Júnior (2015). No que tange ao mapeamento de cicatrizes necessárias para a validação do percentual de acerto de ambos os modelos, se optou pelo uso do inventario do número de ocorrências de deslizamentos da defesa civil de Juiz de Fora entre os anos de 1996 a 2014. Promovendo uma adaptação do método elaborado por Gao (1993 apud VIEIRA 2015). Estabeleceu-se o índice de acerto absoluto de ambos os modelos a partir do número de pontos de ocorrência que coincidem com as áreas com alto e médio grau de instabilidade de encostas, dividido pelo número total de eventos determinou o percentual de acertos absolutos (Equação 1). ic=100∙((∑▒n)/N) Equação 1 Onde: ic = índice de acerto n = número de pontos em áreas com alta e média instabilidade N = número total de pontos Já o índice de acerto relativo, foi determinado a partir do cálculo de densidade de ocorrência do evento em cada classe dentro de ambos os modelos (Equação 2). Esse cálculo serviu para determinar se o índice de acerto do modelo é referente a sua conformidade com a realidade ou superestimação das áreas consideradas de risco generalizando a área. Do=(Nc/Ac) Equação 2 Onde: Do = número de ocorrências por Km² dentro de uma classe Nc = número de ocorrências em determinada classe Ac = área da classe analisada em Km² A modelagem O SHALSTAB é um modelo físico determinístico de previsão de escorregamento, sendo a sua execução no escopo deste trabalho modelada toda no ambiente do ArcView 3.2. Com o intuito de compararão, levando em conta que o SINMAP, optou-se por rodar o modelo físico SHALSTAB em 3 situações distintas (Quadro 1). Sendo a primeira sobre a elevação dos parâmetros geotécnicos aos valores mínimos encontrados, outra modelagem a partir dos valores máximos e por fim uma com valores médios que por meio da execução do índice de acerto, observar quais seriam os mais coerentes com a realidade e quais se aproximariam mais em uma comparação do resultado obtido através do SINMAP. Parâmetros min max médio Coesão 1000 1400 2500 Densidade do solo 1400 1400 1400 Ângulo de atrito 29 33 31 Profundidade do solo (Z) 2m 2m 2m Quadro 1: Parâmetros usados no SHALSTAB Fonte: Fonseca et. al. 2016 O SINMAP é um modelo de previsão de escorregamentos de talude de ordem estatística estocástica, que originalmente foi programado para a execução no Arcview 3.2, mas foi ajustado para a execução no ArcMap 10 que utiliza valores máximo e mínimos dentro de critérios estatísticos de incerteza(Quadro 2). Linha de umidade do SA Plot(%) 20 Número de pontos no AS Plot 1000 Densidade da agua (Kg/m³) 1000 Densidade média do solo 1400 Aceleração da gravidade 9,81 Ângulo de atrito interno do solo (°) min 29° Max 33° Coesão adimensional min 0,143 Max 0,714 T/R(m) min 1,5 Max 350 Quadro 2: Parâmetros usados no SINMAP Fonte: Menon Junior, 2016

Resultado e discussão

Na modelagem referente ao SHALSTAB observou-se uma diferença considerável entre a interpolação com os três níveis de parâmetros geotécnicos (mínimo, médio e máximos). Visto que ao utilizar os valores geotécnicos com os índices mínimos, incorreu em um processo de superperestimação das áreas consideradas como instáveis e com alto e médio grau de instabilidade dos taludes (Figura 2), que neste caso vão somar juntas cerca de 5,7 km² ou cerca de 30% do total da área de estudo. Figura 2 – Mosaico de mapas de modelagens do SHALSTAB e SINMAP Devido a esse processo de hiperbolização dos resultados o índice de acerto absoluto do modelo sobe consideravelmente para a casa dos 65%. Ao passo que sobre o processo de modelagem sendo executado dentro dos padrões máximos (Figura 2), passa a tomar forma o processo inverso, as das áreas consideradas como instáveis ou com alto e médio grau de instabilidade dos taludes são suprimidas. Na medida que o índice de acerto cai exponencialmente para 28% estabelecendo um total de 1,41km² de áreas instáveis. Sendo então aplicados os parâmetros médios na execução do modelo (Figura 2) obtiveram-se resultados mais factíveis com a realidade por não suprimir nem superestimar regiões, determinando 3,2 km² de das áreas instáveis ou com alto e médio grau de instabilidade dos taludes com um índice de acerto de 48%. Por outro lado a modelagem de acordo com o modelo SINMAP gerou um produto que distribuiu as áreas de instabilidade em seis classes distintas, de acordo do a metodologia de Pack (1998) como destaca Menon Júnior (2016) como: (..)Estável, Moderadamente Estável, Pouco Estável, Pouco Instável, Moderadamente Instável e Instável. As três primeiras citadas correspondem as classes de maior estabilidade, porém nas três últimas são designadas aquelas de maior instabilidade. (MENON JUNIOR 2016, p.122) A modelagem através do SINMAP gera índices de fragilidade a partir dos dados mínimos e máximos, passa a produzir apenas um produto cartográfico no qual incide um maior número de áreas consideradas como instáveis seja de alto médio e baixo grau. Sendo o seu índice de acerto comparado com a série histórica de dados de ocorrências da defesa civil dentro das três classes de maior instabilidade chega a 94%, com uma área 13Km². Pôde-se constatar que a modelagem através do SINMAP teve um índice de acerto absoluto e superior ao SHALSTAB quando comparado os resultados com os parâmetros geotécnicos mínimos, médios e máximos (Gráfico1). Gráfico 1 – Comparação entre os modelos SINMAP e SHALSTAB Porém a única comparação com os índices absolutos de acerto, não é o suficiente, visto que esse alto nível de acertos do SINMAP é resultado de uma extrapolação da modelagem das áreas de instabilidade de encostas. Visto que a modelagem estatística do SINMAP considera que 68% da área da bacia como áreas de algum grau de risco, enquanto que a maior estimação de área do SHALTAB é de 30%. Outro fator ainda a ser levado em consideração é a densidade de ocorrência por Km² dentro de cada classe, que vai determinar o índice de exatidão das classes de cada modelagem. Na medida em que o SHALSTAB nas suas áreas consideradas instáveis, ele agrupa cerca de 134 casos de ocorrências por Km² com o uso dos valores geotécnicos dentro dos parâmetros médios. Enquanto que o SINMAP devido a sua superestimação de áreas instáveis passa a possuir uma densidade de pontos de 43 ocorrências por Km². O que vem a demonstrar que o índice de acerto do SINMAP está ligado a grande abrangência de suas áreas de risco e não da aglutinação dos pontos de ocorrência em suas classes de risco (Gráfico 1).

Área de estudo do presente trabalho, na qual os modelos SINMAP e SHALSTAB foram rodados


Resultados obtidos dos modelos SHALSTAB de acordo com os parâmetros geotécnicos mínimos, médios e máximos do mesmo, e parâmetros geotécnicos do SINMAP


Representação gráfica obtida a partir dos resultados obtidos dos modelos.

Considerações Finais

As colocações sucintas que aqui foram apresentadas buscaram contribuir para um melhor entendimento e avaliações proposta por dois modelos de análise, o SINMAP e o SHALSTAB, acerca do conceito de escorregamentos e análise de risco, sobretudo no que se refere a sua salutar contribuição aos estudos geográficos. A partir da conjuntura ilustrada, percebe-se que as concepções teórico- metodológicas, envoltas na construção dos conceitos de escorregamentos e análise de risco, constituem-se como um elemento de fundamental importância neste momento de intensas transformações sobre o meio ambiente e debates sobres os problemas encontrados nas cidades. O fato é que ambos os modelos tiveram resultados satisfatórios na área de estudo, mesmo com todas as ambiguidades discutidas. Visto que o seu relevo acidentado é propicio para a ocorrência de eventos de movimentos de massa ligada à instabilidade de taludes, seja de ordem natural ou potencializadas pela ação antrópica. A comparação direta entre os dois modelos, revelou que o SHALSTAB teve melhor desempenho aplicado na área de estudo, devido a sua capacidade de detectar pontos de escorregamentos e áreas susceptíveis aos mesmos sem designar grandes porcentagens de áreas instáveis, O SINMAP poderia ser utilizado para fins de planejamento urbano, como zoneamentos de áreas de risco e orientação em questão da expansão da malha urbana, desta maneira recomenda-se o SHALSTAB para análise da área discriminada deste trabalho.

Agradecimentos

Referências

AB’SÁBER, A. N. Os domínios de natureza no Brasil: potencialidades paisagísticas. São Paulo: Ateliê Editorial, 2003. 159p.

ALBUQUERQUE, B. P.. As relações entre o homem e a natureza e a crise sócio-ambiental. 2007. 96 f. Monografia de Conclusão de Curso (Ensino Médio Integrado ao Ensino Técnico de Laboratório de Biodiagnóstico em Saúde)–Fundação Oswaldo Cruz–FIOCRUZ, Rio de Janeiro, 2007.

BARBOSA, A. M. et al. Cidades médias e a atração de migrantes qualificados. Geosul, v. 30, n. 60, p. 69-88, 2015.
CHAVES, Telma Souza. Expansão urbana e degradação de encostas em juiz de fora-mg: um estudo de caso do alto três moinhos e do morro do imperador. 2010.

DE JESUS FERNANDES, B. et al. Probabilidade à ocorrência de escorregamentos na bacia hidrográfica do córrego tapera, juiz de fora–mg, a partir da utilização do modelo SAGA/UFRJ. Revista de Geografia-PPGEO-UFJF, v. 5, n. 2, 2016.

DE JANEIRO, Rio. IBGE, 2010. www. ibge. gov. br/censo2010. Acesso, 2017.

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MENON JÚNIOR, W. et al. Evolução temporal das áreas de risco à ocorrência de escorregamentos na bacia hidrográfica do córrego do Yung–Juiz de Fora/MG entre 1968 e 2010. 2016.

ZAIDAN, R. T; FERNANDES, N. F.. Zoneamento de susceptibilidade a escorregamentos em encostas aplicado à bacia de drenagem urbana do córrego do independência - Juiz de Fora (MG). Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 10, n. 2, 2009.