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X SIMPÓSIO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA FÍSICA APLICADA

 

 

MAPEAMENTO DAS ÁREAS SUSCEPTÍVEIS A ESCORREGAMENTOS RASOS NO SUBÚRBIO FERROVIÁRIO DE SALVADOR (BA), UTILIZANDO OS PARÂMETROS FÍSICOS DIFERENCIADOS PARA CADA CLASSE DE SOLO

 

 

Verônica Moreira Ramos1

Renato Fontes Guimarães1

André Luciancencov Redivo1

Osmar Abílio de Carvalho Junior2

 

 

1UnB - Universidade de Brasília - Departamento de Geografia

2INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. vmramos@unb.br

 

 

Palavras - chave: Modelagem matemática, Escorregamento raso, SHALSTAB

 

Eixo Temático: 3 - Aplicação da Geografia à Pesquisa

Sub-eixo: 3.4 – Aplicações Temáticas em Estudos de Caso

 

 

 

1- INTRODUÇÃO

 

Os movimentos de massa têm se constituído em objeto de estudo de diferentes campos do conhecimento, como geomorfologia, hidrologia e geotecnia. Inúmeros trabalhos vêm sendo realizados com o intuito de identificar e entender os mecanismos e fatores condicionantes e desencadeadores desses fenômenos. Trabalhos que tratam da questão da previsão da ocorrência de movimentos de massa assumem importância crescente, havendo, porém, diferentes concepções e diversas formas de investigação. Enquanto algumas metodologias visam a definição de áreas susceptíveis a movimentos de massa, sobretudo deslizamentos de terra, outras se propõem à caracterização dos riscos envolvidos, englobando tanto a possibilidade de ocorrência do fenômeno quanto dos danos decorrentes.

A definição espacial das áreas mais susceptíveis a ocorrência de deslizamento é amplamente abordada na cartografia geotécnica, que destaca a importância do mapeamento geológico-geotécnico como instrumento de orientação ao planejamento urbano (Coelho, 1979; Barroso e Barroso, 1996; Sobreira, 2001). Esse tipo de estudo oferece informações e documentos valiosos para o entendimento da dinâmica geomorfológica em área urbanizadas (Christofoletti, 1998). Alguns trabalhos analisaram a ocorrência de deslizamentos de terra confrontando os aspectos naturais como geologia, geomorfologia, clima e vegetação com fatores antrópicos provenientes do crescimento das cidades (Melo, 1987; Prandini et al., 1980; Magalhães, 1993; Gonçalves e Guerra, 2001).

Outros destacam a importância do uso de modelos distribuídos, sobretudo dos modelos digitais de terreno, como ferramentas complementares ao mapeamento temático na predição das áreas mais susceptíveis aos diferentes processos erosivos que ocorrem na paisagem (Rafaelli et al., 2001). Esses modelos estão cada vez mais sendo utilizados em estudos ambientais, pois, além de possibilitar a compreensão das mudanças ambientais decorrentes do manejo inadequado do solo, podem ser usados para prever alterações futuras da paisagem.

Metodologias que utilizam a modelagem matemática baseada em parâmetros físicos foram inicialmente propostas por Beven e Kirkby (1979). Esses desenvolveram modelos matemáticos baseados em dados físicos visando a delimitação de regiões que apresentavam solos saturados depois de uma certa quantidade de chuva, enfatizando a importância da topografia, especialmente no que se refere à área de contribuição e declividade do terreno, na análise desse processo. Posteriormente, O’Loughlin (1986), objetivando também a definição de áreas de saturação na paisagem para uma determinada chuva, desenvolveu um modelo hidrológico a partir da análise da área de contribuição a montante, da transmissividade do solo e da declividade local.

Mais recentemente, Dietrich et al. (1993), aprimoraram esse modelo utilizando-o como base para estudos de previsão de zonas de saturação em áreas que apresentam intensos processos erosivos, que são susceptíveis à ocorrência de escorregamentos rasos. Essa metodologia de predição de escorregamentos rasos, que utiliza Modelos Digitais de Terrenos (MDT’s) acoplados a uma combinação de modelos hidrológicos com modelos de estabilidade de encostas, foi automatizada a partir de uma rotina denominada Shallow Stability (SHALSTAB) escrita na linguagem AML (ArcInfo Macro Language) para rodar em ambiente ArcInfo (Dietrich e Montgomery, 1998) e recentemente escrita em linguagem Avenue, sendo implementada para utilização no software ArcView (Dietrich et al., 2000).

Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo aplicar o modelo SHALSTAB na área do Subúrbio Ferroviário de Salvador (BA), a partir de simulações utilizando os parâmetros físicos do solo constante para toda a área de estudo, bem como diferenciado para cada classe de solo, a fim de analisar a influência desses parâmetros no desencadeamento do processo.

 

 

2- ÁREA DE ESTUDO

           

O município de Salvador está situado entre as coordenadas de 12º 47’ e 13º 30’ de latitude sul e 38º 18’ e 39º 30’ de longitude oeste e possui uma área de aproximadamente 316 km2. A área de estudo localiza-se na porção noroeste do município e ocupa uma superfície de aproximadamente 9 km2, abrangendo a quase totalidade do Subúrbio Ferroviário de Salvador (Figura 1).

 

Figura 1 - Mapa de Localização da Área de Estudo

 

A escolha dessa área para aplicação do modelo SHALSTAB deveu-se ao fato da mesma ter se constituído, nos últimos anos, em palco de vários escorregamentos de terra, principalmente no período de chuvas intensas e concentradas. Os movimentos de massa, em particular movimentos rápidos como os escorregamentos de terra, encontram nessa área condições propícias ao seu desencadeamento, como perfil de solo alterado com variação vertical de textura e elevada precipitação. A combinação desses elementos constitui um potencial morfogênico que ocorre ocasionalmente em condições naturais, contudo torna-se freqüente quando são modificadas por processos antrópicos.

Alguns estudiosos têm mostrado que os maiores agentes causadores dos problemas de escorregamentos de terra nas encostas de Salvador são as chuvas e as atividades antrópicas, destacando que quase a totalidade desses escorregamentos é induzida pela ação conjunta desses fatores (Peixoto, 1968; Magalhães, 1993; entre outros).

Os escorregamentos de terra são problemas que, ao longo dos anos, vêm causando inúmeros transtornos e comprometendo as atividades e a qualidade de vida da população de Salvador, principalmente, daquela que vive nas áreas periféricas como o Subúrbio Ferroviário. A ocupação cada vez mais intensa dessas áreas com construções inadequadas, além do desenvolvimento do sistema viário nos vales, intensificam a freqüência desses acontecimentos e, conseqüentemente, ampliam os efeitos deles resultantes.

Apesar do modelo SHALSTAB não incorporar os efeitos das atividades antrópicas, a sua aplicação na área e, conseqüentemente, a identificação das zonas que apresentam susceptibilidade à ocorrência de escorregamentos, poderá auxiliar o planejamento, especialmente no que se refere às formas de uso e ocupação do solo, diminuindo, assim, as perdas sócio-econômicas dele resultante.

Com relação ao quadro natural, a área está assentada sobre terrenos mesozóicos e cenozóicos da Bacia Sedimentar do Recôncavo e destaca-se por apresentar uma litologia formada predominantemente por siltitos, folhelhos e arenitos que compõem às Formações Marfim e Pojuca, integrantes do Grupo Ilha, além de conglomerados poligênicos finos e médios e arenitos imaturos, variegados da Formação Barreiras (Viana et al., 1971).

Geomorfologicamente, a área se caracteriza por apresentar um relevo dissecado em lombas e colinas convexas e eventualmente de feições tabulares, desenvolvidos sobre litologias arenosas, argilosas e conglomerados do Jurássico e do Cretáceo. (RADAMBRASIL, 1981). Os interflúvios são geralmente convexizados e o entalhe de ravinas dá às vertentes aspectos côncavos, esses aspectos são fundamentais na aplicação do modelo SHALSTAB, uma vez que as encostas com formas côncavas são zonas preferenciais de convergências de fluxos e, conseqüentemente, são mais susceptíveis à ocorrência de escorregamentos.

As condições climáticas na área de estudo estão condicionadas principalmente à atuação das Linhas de Instabilidades Tropicais (IT), com predomínio de ventos de leste que alcança o litoral baiano, acarretando chuvas principalmente no verão. O clima da área é classificado como tropical úmido (TU), com temperatura média anual em torno de 24º C e índice pluviométrico anual variando entre 1200 e 2000 mm (Magalhães, 1993).

Com relação ao tipo de solo encontrado na área do Subúrbio Ferroviário, verifica-se a presença das associações de Podzólicos Vermelho-Amarelo Álico, denominado de ALISSOLOS pelo novo sistema brasileiro de classificação de solos EMBRAPA (1999), com Latossolos Amarelo álico e Latossolos Vermelho-Amarelo álico. Os Latossolos ocupam a porção leste da área onde predominam a topografia mais elevada, ocorrendo em maior quantidade. No geral, são solos porosos, com alta permeabilidade, que contribui para a infiltração da água, ao mesmo tempo em que restringe a disponibilidade de água na superfície. Apresentam redução de sua resistência quando totalmente saturados, em virtude da perda da sua estrutura. Essas características, associadas ao relevo movimentado, conferem a esses materiais uma elevada susceptibilidade à ocorrência de erosão (RADAMBRASIL, 1981).

 

 

3- DEFINIÇÃO DAS ZONAS DE SUSCEPTIBILIDADE À OCORRÊNCIA DE ESCORREGAMENTOS RASOS

 

Para a definição das zonas de susceptibilidade a escorregamentos rasos a partir do modelo SHALSTAB foi necessária, inicialmente, a confecção de um modelo digital de terreno (Figura 2) e a partir dele a definição dos dados de declividade e área de contribuição. Esses dados são importados juntamente com os parâmetros do solo, para a combinação entre o modelo hidrológico e o modelo de estabilidade de encosta, que produz, assim, o mapa de zonas de susceptibilidade à ocorrência de escorregamentos rasos. Foram realizadas simulações tanto utilizando um modelo simples, sem considerar a coesão, e considerando os parâmetros do solo constante para toda a área, quanto a partir de um algoritmo desenvolvido que incorpora os diferentes parâmetros do solo em cada classe respectiva. .

 

 

Figura 2 - Modelo Digital de Terreno Usado para Definir as Zonas de Susceptibilidade a Escorregamentos Rasos

 

3.1 - Considerando os valores de densidade (ρѕ) e ângulo de atrito(f) constantes em toda a área de estudo e sem considerar a coesão do solo.

 

Nessa etapa do trabalho aplicou-se a rotina SHALSTAB escrita em linguagem Avenue na área de estudo. Os valores de declividade e área de contribuição foram fornecidos ao modelo segundo seu valor relativo a cada célula da grade. Já os valores de ângulo de atrito e densidade do solo, respectivamente igual a 450 e 1,7g/cm3, foram considerados constantes para toda a área, conforme sugerido por Dietrich et al. (2000). A coesão do solo não foi considerada nessa etapa do trabalho, o que foi compensado pelo alto valor de ângulo de atrito. O valor de b, que é o tamanho da célula, também é constante para toda a área e igual a 1 metro. A Figura 3 mostra uma representação esquemática do funcionamento da rotina SHALSTAB.

 

Figura 3 - Modelo utilizado para definir as zonas de susceptibilidade a escorregamento raso. A declividade e a área de contribuição foram fornecidos ao modelo segundo seu valor relativo a cada célula da grade, os valores dos parâmetros do solo (ρѕ, ρw, f) e de b foram considerados constantes para toda a área de estudo (modificado de Guimarães, 2000).

 

3.2 - Usando um algoritmo com variação espacial das propriedades do solo (c, ρѕ, f)

 

Em um mapeamento realizado pela GEOHIDRO (1993), para o Subúrbio Ferroviário de Salvador foram identificadas sete classes de solos (Figura 4), as quais foram cruzadas com um mapa de declividade para definir as zonas potencialmente instáveis (Tabela 1).

 

Figura 4 - Classes de solos definidas para a área do Subúrbio Ferroviário de Salvador (Fonte: Fundação GEOHIDRO, 1993).

 

Tabela 1 - Grau de potencial ao deslizamento, obtido em função do cruzamento entre as classes de solos e a declividade local, em que B representa um grau de potencial ao deslizamento baixo, M representa um grau de potencial ao deslizamento médio, M/A um grau de potencial ao deslizamento de médio a alto e A representa um grau de potencial ao deslizamento alto (Fonte: Fundação GEOHIDRO, 1993).

 

CLASSE DE SOLOS

CARACTERÍSTICAS

CLASSES DE DECLIVIDADES (%)

0 a 5

5 a 15

15 a 25

25 a 35

35 a 45

45 a 50

 

A

Constituído de areia fina, silte, argila e matéria orgânica. Afloram na superfície de inundação.

 

B

 

M

 

A

 

 

 

 

B

Depósitos aluvionares composto de areia fina, silto-argilosa, capacidade de suporte baixa.

 

B

 

M

 

A

 

 

 

 

C

Argilosos, expansivos, proveniente da alteração dos folhelhos, sensíveis a variação de umidade.

 

B

 

M

 

M/A

 

A

 

 

 

D

Depósitos praiais, compostos de areia fina a média, cinza clara, ocorrem na costa.

 

B

 

M

 

A

 

 

 

 

E

Areno – silto - argiloso, variegado, camadas arenosas, apresenta uma boa coesão.

 

B

 

B

 

M

 

M/A

 

A

 

 

F

Proveniente da formação Barreiras. Constituído de areias grossas e argilas cinza avermelhadas.

 

B

 

B

 

B

 

M

 

M/A

 

A

 

G

Composto de argilas com areias finas a média e matéria orgânica. Sujeitos aos efeitos da maré

 

B

 

M

 

A

 

 

 

 

Assim, objetivando o aprimoramento da metodologia de predição de zonas de escorregamentos rasos, utilizou-se desse mapeamento para definir essas zonas de escorregamentos rasos, variando os valores dos parâmetros do solo para a área de estudo, de acordo com cada classe de solo mapeada.

A estimativa dos parâmetros para cada classe de solo do Subúrbio Ferroviário baseou-se nos ensaios geotécnicos desenvolvido por Menezes (1987), para três tipos de solos das encostas e taludes de cortes da zona urbana de Recife. Como as características topográficas e geotécnicas dessa área são aproximadamente semelhantes às da área do Subúrbio Ferroviário, fez uma simulação com o modelo usando essas propriedades.

Porém, como essas propriedades foram determinadas somente para três classes de solos e no mapeamento realizado para o Subúrbio Ferroviário foram definidos sete, fez-se necessário o agrupamento, a partir da declividade, dessas sete classes em apenas três. Já que as classes A, B, C, D e G apresentam basicamente o mesmo grau de potencial ao deslizamento quando se considera a declividade local (Tabela 1), foi feito o agrupamento das mesmas em uma única classe que originou na nova divisão a classe A (Figura 5).

 

Figura 5 - Mapa de Solo considerando as três classes agrupadas

 

Assumiu-se, portanto, que os valores de ângulo de atrito, coesão e densidade para cada classe de solo definida para o Subúrbio Ferroviário eram correspondentes àqueles determinadas por Menezes (1987), para as encostas da zona urbana de Recife. A Tabela 2 mostra a correspondência feita entre os três tipos de solos das encostas da zona urbana de Recife com os três tipos definidos para o Subúrbio Ferroviário de Salvador com os respectivos valores de ângulo de atrito, coesão e densidade.

 

Tabela 2 - Parâmetros dos Solos: Ângulo de Atrito (f), Coesão (C), Densidade (ρѕ) (Fonte: Menezes, 1987)

Tipos de Solos

f (GRAUS)

C (KPA)

ρѕ (g/cm3)

A

25

1

1,5

B

28

10

1,5

C

31

7

1,5

Para adequação do modelo SHALSTAB considerando a variação desses parâmetros em cada classe de solos, foi confeccionado um algoritmo em linguagem AML (Arcinfo Macro Language) com o objetivo de colocar no modelo as informações referentes à coesão, ao ângulo de atrito e à densidade a partir da consulta célula a célula do valor estimado de cada parâmetro relativo às classes de solos, conforme mostrado na Figura 6.

 

Figura 6 - Modelo matemático utilizado para definir as zonas de susceptibilidade a escorregamentos rasos. Os valores dos parâmetros ρѕ,, f e C determinados para cada classe de solos foram acoplados ao modelo para que se pudesse calcular célula a célula, em cada classe, as zonas de susceptibilidade a escorregamento raso para a área de estudo.

 

 

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

 

Os mapas obtidos (Figuras 7 e 8) mostram os níveis de estabilidade para a área, expressos a partir da razão Q/T. Observa-se que os níveis de estabilidade vão desde a classe incondicionalmente instável representada pela cor vermelha forte, até a classe incondicionalmente estável representada pela cor azul claro, apresentando gradação intermediária entre essas classes.

Na classe denominada incondicionalmente instável localizam-se os paredões rochosos existente na área, além das áreas em que aparecem os divisores de drenagem mais íngremes. Essas se caracterizam, assim, como áreas susceptíveis à ocorrência de escorregamentos, mesmo não estando completamente saturadas. A classe denominada incondicionalmente estável aparece nas áreas que apresentam baixa declividade.

 

Figura 7 - Mapa de zonas susceptíveis a escorregamentos rasos obtido sem considerar a coesão e a variação espacial das propriedades físicas do solo

 

 

 

Figura 8 - Mapa de zonas susceptíveis a escorregamento com a variação espacial das propriedades físicas do solo

 

Foi verificada a distribuição da freqüência das classes de susceptibilidade a escorregamentos rasos na área de estudo, nas duas simulações a fim de analisar a influência das propriedades físicas do solo na detonação dos escorregamentos.

 

Tabela 3 - Distribuição da freqüência das classes de susceptibilidade a escorregamento raso na área do Subúrbio Ferroviário de Salvador (Salvador, BA).

Classes de Estabilidade

LogQ/T (com variação das propriedades físicas do solo)

LogQ/T (%)

LogQ/T (sem variação das propriedades físicas do solo )

LogQ/T

(%)

Instável

3959

0,04

4559

0,05

< -3.1

6287

0,07

5412

0,06

-3.1 - -2.8

7380

0,08

12403

0,13

-2.8 - -2.5

19412

0,21

51198

0,55

-2.5 - -2.2

55050

0,59

165057

1,78

> -2.2

185491

2,00

456142

4,93

Estável

8978884

97,00

8562166

92,00

 

Analisando-se a Tabela 3 nota-se que para as duas simulações feitas, a classe considerada incondicionalmente estável é bem superior, na área de estudo, que a classe considerada incondicionalmente instável. Chegando a 92,49% na simulação feita considerando os parâmetros do solo constante em toda a área e sem considerar a coesão, e a 97,00% na simulação feita variando esses parâmetros.

Verifica-se ainda que ocorre uma superestimação do potencial de freqüência da classe incondicionalmente estável na simulação em que houve uma variação das propriedades físicas do solo em relação à outra simulação. Já com relação a classe incondicionalmente instável percebe-se que ocorre uma pequena diferença (0,01%) entre as duas simulações, ou seja, a simulação que considerou as propriedades dos solo constante em toda a área de estudo teve uma frequência pouco superior àquela em que as propriedades físicas do solo foram variadas.

Essa inversão de comportamento das classes nas duas simulações realizadas ocorre em decorrência da variação espacial das propriedades físicas do solo, sobretudo da coesão que foi considerada naquela simulação feita a partir do algoritmo. Esta diminui o grau de instabilidade na encosta, já que torna o solo mais coeso e, conseqüentemente, diminui o percentual de áreas instáveis.

 

 

5. CONCLUSÃO

 

A modelagem matemática, desenvolvida sobre bases físicas, combinada a Sistemas de Informações Geográficas, constitui-se num instrumento de grande potencial. Contribui para diminuir a subjetividade, uma vez que todos os parâmetros utilizados nos modelos baseiam-se em leis físicas da natureza. A confiabilidade dos resultados a serem obtidos está intimamente relacionada à qualidade dos dados utilizados para a geração desses modelos, bem como à escolha do procedimento metodológico adequado.

A partir das simulações realizadas observou-se que a incorporação das propriedades físicas do solo ao modelo possibilitou melhorias nos resultados obtidos, levando a uma melhor compreensão dos mecanismos envolvidos e, conseqüentemente, a uma previsão mais eficaz das áreas que apresentam susceptibilidade à ocorrência de escorregamentos rasos.

O desenvolvimento do algoritmo que permite a incorporação da variabilidade espacial das propriedades do solo fornece ao modelo condições de obter melhores resultados em áreas que possuam levantamentos precisos e detalhados destes parâmetros.

 

 

6. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

 

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