UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS

DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS

PREVISÃO DE DESLIZAMENTOS ATRAVÉS DE ANALISE MULTICRITERIALSOMADO AO MODELO MATEMÁTICO SHALTAB NA REGIÃO LUIZ ALVES-SC.

Guilherme Ramos Ribeiro

Trabalho de da disciplina de projeto TCC, ofertada pela professora Dra. Leila Christina Duarte Dias.

UFSCFlorianópolis

2011ÍNDICE

1- Problemática e caracterização da área de estudo 3

2- Objetivos 42.1- Objetivos Gerais

42.3- Objetivos específicos

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3- Localização da área de estudo4

3- Fundamentação teórica5

3.1 Eventos X Desastres5

3.2 Movimentos de Massa7

3.3 Análises Multicriterial em SIG9

3.4 Análises de estabilidade10

4- Procedimentos metodológicos11

5- Estrutura provisória do trabalho17

6- Cronograma (Atividades)17

7- Referências bibliográficas18

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JUSTIFICATIVAAs regiões intertropicais são caracterizadas em geral por

possuírem um clima mais quente e úmido, principalmente nas áreasadjacentes aos oceanos que possuem relevo acidentado, causandochuvas torrenciais e freqüentes.

O Brasil possui uma extensa faixa litorânea, sendo que amaior parte dela é costeada por diversas serras, entre elas aSerra do mar, corresponde a borda oriental do PlanaltoAtlântico, acompanhando as direções geográficas e estruturaisSW/NE do litoral sudeste brasileiro, transpondo desniveis médiosde 1000m em larguras entre 5 a 10km, e estendendo-se por cercade 1000km do Estado do Rio de Janeiro ao estado de SantaCatarina(Santos,2004).

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Neste contexto infere-se a questão dos processos naturaisde grande magnetude em baixa frequencia, ou seja, agentescapazes de remodelar as paisagens num curto espaço de tempo.

Conforme dados de desastres naturais de SantaCatarina(HERRMANN, M.L (org.)), podemos perceber que esteseventos são cíclicos e pontuais, seu coeficiente médio derepetição, no caso de Santa Catarina esta na ordem de cincoanos, para mais ou para menos.

Estudar a dinâmica destes processos se torna fundamentalnos atuais tempos, haja vista o crescimento desordenado edesenfreado da sociedade como um todo, tornando centenas demilhares de brasileiros vitimas de eventos naturais todos osanos.

No caso de movimentos de massa, os danos causados sãomais severos que as inundações, apesar desta ultima ser maisfreqüente e generalizada que a primeira, as pesquisas na área decompreensão da dinâmica e sua previsão quanto à localizaçãoespacial já é há tempos estudada, conforme CHRISTOFOLETTI, 1976e BIGARELLA, 1974, dentre muitos outros porem o momento deocorrência e a fidelidade e validade dos dados ainda não estãoclaros o suficiente.

Outro ponto que marca o despreparo acadêmico frente àdemanda pratica destes eventos em relação à sociedade, é oparecer técnico que não chega a ser executado pelos órgãospúblicos, tornando estes eventos naturais, que ora, se fossemprofilaxiados/prevenidos corretamente, nunca passariam para aclasse desastre.

Ao invés disso, as medidas públicas sempre acenam paratrabalhar e investir com remediação de desastres, criandoverdadeiros fundos financeiros que ficam parados, a espera de umdesastre para serem gastos no caráter emergencial, sem anecessidade de transmites burocráticos como, por exemplo, osprocessos licitatórios, obrigatórios para qualquer operação quedemande custos por parte do poder público.

Neste contexto bilhões de reais são gastos quase queanualmente em remedição dos impactos causados pelos desastres(reconstrução de vias publicas, rede elétrica, esgoto, gás,hospitais, escolas, praças, prédios públicos, etc.), somado aocusto hospitalar abrigo, transporte e socorro de vitimas, e todoo corporativo alocado para sanar um desastre (defesa civil,

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exercito, políticos, cientistas, etc.), enquanto que osinvestimentos públicos ligados a pesquisa de prevenção destesacidentes jamais passaram desta ordem de investimentos, sendorestringido a alguns poucos projetos pontuais nas universidadese institutos de pesquisa avançada.

Soma-se a este problema a falta de instrumentos depesquisa, como por exemplo, as cartas topográfica em escalaaceitável para este tipo de pesquisa (1:5. 000 ou maior),raríssimas no Pais, onde este tipo de investimento não surge emSanta Catarina a pelo menos 30 anos.

Objetivos GeraisContribuir para o refinamento das técnicas de

prevenção/previsão das áreas susceptíveis a deslizamentos, apartir uma análise multicriterial envolvendo o modelo matemáticoShalstab.

Objetivos específicos Gerar um mapa de elevação do Terreno(MDT), a partir

de uma base cartográfica mista(1:2.000, 1:10.000 e 1:50.000); Gerar um mapa declividade do terreno; Gerar um mapa de direção e formas Geomorfológicas de

vertentes(retilínea, côncava e convexa); Gerar um mapa Geológico, na escala 1:10.000 da área

de estudo,á partir de amostragens em campo; Gerar um mapa de preferência de escoamento

superficial; Gerar um mapa de uso e cobertura do solo; Mapeamento das cicatrizes de deslizamentos á partir

de imagens de satélite ALOS com resolução espacial na bandapancromática de 2,5m e 10m nas bandas multiespectrais e LANDSATcom resolução espacial de 30m nas bandas multiespectrais, de2009;

Analisar em laboratório ensaios de amostras de solopara fins de abastecimentos das variáveis do modelo matemáticoShalStab;

Operar e processar o modelo ShalStab na área deestudo.

Desenvolver um sistema protótipo de previsão dedeslizamentos, a partir da geração de mapas de isóbaras

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pluviométricas, indicando a quantidade critica acumuladanecessária para tornar uma dada região em estado de alerta;

LOCALIZAÇÃO DA AREA DE ESTUDO

O município de Gaspar localiza-se a nordeste de Santa Catarina, no médio Vale do Itajaí, fazendo divisa a oeste com o maior município da região, Blumenau com 309.214 habitantes segundo censo do IBGE 2010, a leste com Ilhota e Itajaí, ao sul com Brusque e Guabiruba e ao norte com Massaranduba, Luis Alves e Ilhota.

As coordenadas geográficas do município são: Latitude: 26°55"53 S e Longitude 48°57"32 W.

O município esta situado numa altitude de 18 metros acimado nível do mar, o ponto mais alto do município esta localizado no morro do Cachorro, ao norte do município, fazendo divisa com o município de Luis Alves e Ilhota, com a cota de 857 metros acima do nível do mar.

As principais vias de acesso para o município são as BR-470, BR-101, SC-470 e SC-411.

A área de estudo esta localizado ao norte do município e compreende a totalidade do bairro Belchior Central, a parte meridional do Alto Belchior ao norte da área de estudo, a face ocidental do Arraial do Ouro, compreendendo o leste da área de estudo e a faixa setentrional do bairro Belchior Baixo que corresponde o sul da área de estudo.

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Fundamentação teóricaEvento X Desastre

A compreensão dos fenômenos neste estudo acompanha algunsfundamentos básicos da pesquisa para gestão e prevenção deriscos, para tanto é necessário conhecer do que se trata asclasses referentes a este sistema.

EVENTO: Fenômeno com características, dimensões elocalização geográfica registrada no tempo, sem causar danoseconômicos e/ou sociais

DESASTRE: Se o fenômeno ocorrer sobre um sistema sociale causar impacto, produzindo danos e prejuízos extensivos e/oude difícil superação pelas comunidades afetadas

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Fig.1Todo desastre natural ou antrópico( aquele que homem tem

parcela na culpa, seja uma inundação de uma área permeabilizadanuma região metropolitana, um deslizamento causado por corte dotalude, ou mesmo um acidente de transito) recebem algumasclasses para a análise da quantidade de risco que esta sujeito osistema, para tanto se faz necessário uma primeira abordagem declasses para medição do risco, trata-se de uma análisemulticriterial onde:

Fig.2Fonte: Mini-Curso IPT para gestão de riscos, 2009 apud

SAITO(2004)A Suscetibilidade indica a potencialidade de ocorrência

de processos naturais e induzidos em áreas de interesse ao uso

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do solo, expressando-se segundo classes de probabilidade deocorrência.

Vulnerabilidade representa o grau de perda para um dadoelemento, grupo ou comunidade dentro de uma determinada áreapassível de ser afetada por um fenômeno ou processo. Revela afragilidade de um sistema em seu conjunto e sua capacidade parasuperar a crise provocada por um acontecimento possível.

Movimentos de MassaMovimentos de massa são transportes de volumes de solo,

rochas e detritos (ou o conjunto desses), pela açãogravitacional, vertente abaixo (CHRISTOFOLLETTI, 1979). Sãoprocessos naturais e se caracterizam como riscos apenas quandoatingem ocupações humanas e proporcionam perigo à vida e aosbens materiais.

Os estudos de movimentos de massa já ocorrem a bastantetempo, pois são reconhecidos como os mais importantes processosgeomorfológicos modeladores da superfície terrestre (BIGARELLA,1976).

Dentre as diversas pesquisas relacionadas com movimentosde massa, podemos chegar num consenso que, dentre o grandenumero de possíveis variáveis condicionantes para a ocorrênciade deslizamentos, podemos classificar a declividade do terreno,como sendo o principal agente do evento, pois independente daestrutura geológica, hidrológica, biológica, pedológica eantrópica, as estruturas geomorfológicas de declividade formamum link dentre todos os trabalhos de pesquisa realizados.

Devido ao grande numero de variáveis condicionantes, aelaboração de um mapa usando análise multicriterial, serãoabordados aqueles que são passiveis de análise e processamentode dados para geração de uma análise multicriterial.

Para a caracterização dos movimentos de massa, serãodescritos apenas os tipos de maior ocorrência na área de Estudo.

Segundo a literatura grande parte da literatura,generalizadamente ocorrem 4 grandes tipos de movimentos demassa, a contar pela queda de blocos, escorregamentosrotacionais e translacionais, corridas de lama e/ou detritos erastejo.

Mas há também certa incoerência em separar em classesdistintas as corridas de lama dos movimentos, pois elas sempre

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são formadas a partir destes últimos, porem somados ao nívelmais crítico de saturação do solo, tornando o mesmo com aspectoviscoso e fluido, convergindo para uma corrida de lama edetritos conforme se encaixam no vale.

Segundo TOMAZZOLI, os deslizamentos mais freqüentes queafetaram o médio vale do Itajaí em 2008, foram os movimentostranslacionais(Fig.3 e foto 1), seguidos pelos rotacionais(Fig.4e foto 2), estes escorregamentos geraram um saldo de 135 óbtidosalem de centenas de feriados e milhares de desabrigados,comparado ao desastre de janeiro de 2011 na região Serrana,parece brando, porem o desastre só não foi maior devido ao tipode ocupação do solo na região, sendo considerado de poucadensidade antrópica se comparado a região Serrana do Rio.

Fig.3

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Foto 1 Fonte: Bauzys

Fig. 3 Fonte:

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Foto 2 Fonte: BRASIL 2004

Análise Multicriterial em SIGPara a Análise multicriterial em SIG serão utilizados

diversos indicativos de suscetibilidade e vulnerabilidade, acomeçar pelo sistema de inventário das cicatrizes dosdeslizamentos, para assim podermos cruzar tais dados aos mapastemáticos gerados.

Segundo SAITO(2004) os componentes que influenciam nummovimentos de massa podem ser caracterizados a partir de um mapahipsométrico, geológico, pedológico, uso e cobertura do solo e adeclividade, os pesos serão gerados a partir de uma análisetecnica, para depois serem cruzados e modelados a partir dealgumas possibilidades matemática, como por exemplo o modelobooleano e a média ponderada de elementos.

A figura 5 exemplifica como é feito uma análisemulticriterial para fins de prevenção de riscos, cabendo

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salientar aqui, que não é gerado um mapa de risco e sim desuscetibilidade, pois a determinação final do risco só pode serfeita a partir da validação do mesmo e para tanto é necessárioum grande inventário de deslizamentos baseado em diferentesocorrência no tempo-espaço.

Fonte: Mini-Curso IPT para gestão de riscos, 2009 apudSAITO(2004)

Análise de estabilidadeA análise de estabilidade esta associada aos

comportamentos físicos que operam o sistema de equilíbriorelativo, quando as forças de coesão e atrito entre aspartículas de solo são suficientemente resistentes(maiores) ácomponente de cisalhamento mais a carga sobrejacente, segundoCOLÂNGELO, 1991 apud FLORENZANO, 2008.

Quando a tensão do cisalhamento ultrapassa a resistênciados materiais ou esta ultima diminui, os materiais perdem suaestabilidade e ocorrem movimentos de massa.

A poro-pressão positiva da água, sobre o plano de rupturacontribui para alterar a estabilidade da encosta por reduzir atensão normal efetiva e também a tensão cisalhante do soloconforme SELBY, 1993.

Com intuito de prever as porções da paisagem susceptíveisa ocorrência desses fenômenos, o modelo SHALSTAB (ShallowStability) foi desenvolvido combinando um modelo hidrológico comum modelo de estabilidade de encosta, a partir de modelosdigitais de terreno.

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Isto permite determinar a razão entre a quantidade dechuva e a transmissividade necessária para desestabilização daencosta, baseada na área de contribuição, declividade, ângulo deatrito, densidade e coesão do solo.

Procedimentos metodológicos

Para o processamento das análises multicriterial, oprimeiro passo é a aquisição de imagens de satélites queprocedam aos eventos ocorridos, neste caso serão usadas imagensde satélite ALOS com resolução espacial na banda pancromática de2,5m e 10m nas bandas multiespectrais e LANDSAT com resoluçãoespacial de 30m nas bandas multiespectrais.

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As imagens serão processadas num ambiente GIS, no caso oARCGIS 9.3, onde serão vetorizadas as cicatrizes dos movimentosde massa ocorrido na área de estudo, a imagem ALOS nas BANDAS4,3,1 respondem positivamente ao contraste entre coberturavegetal e área deslizada, facilitando o mapeamento, porem aspresentes imagens adquiridas deste Satélite apresenta com umagrande porcentagem de nuvens encobrindo a área, inutilizando suaboa função, enquanto que as imagens LANDSAT não representam ummapeamento de precisão, tão pouco é possível registrardeslizamentos menores, principalmente os rotacionais que seencontram em beira de estrada e os translacionais rasos e finos,que apresentam uma largura bem menor do que 30 metros, istoporque sua resolução espacial desta imagem é de 30m, ou seja,cada pixel da imagem representa uma área de 30 metros.

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A cada cicatriz mapeada, será atribuído um valorreferente a sua classe, através do banco de dados interativo comas feições de vetores(o mesmo é possível com arquivo raster, umavez atribuído um atributo para cada pixel), as classesrepresentam o tipo de deslizamento, quanto a rotacional,translacional ou corrida.

E se a cicatriz for confirmada em campo, suascaracterísticas subjetivas de campo, como a sua localização dereferência, a espessura do solo deslizado, se o deslizamentoafetou alguma estrutura e/ou individuo; quanto sua estruturageológica, determinar as descontinuidades estruturais comofraturas, falhamentos, contatos geológicos e acamadamentos;estes dados e outros serão indexados a cada cicatriz, parafutura acareação com outros mapas de escalas menores.

Concluído o mapa de inventários, é necessário agoraproduzir diversos mapas, como um mapa hipsométrico, feito pelainterpolação TOPO TO RASTER usando como fator Z(Elevação) ascotas de curvas de nível.

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Um mapa de declividade será feito, usando a ferramenta 3DAnalysis tool, Surface Analysis, Slope.., onde cada pixelformado na rasterização do TIN, recebera um valor referente aograu de declividade da encosta.

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Um mapa de falhamentos será feito a partir dafotointerpretação e vetorização de uma imagem produzida peloprocesso de sombreamento do TIN, a partir da ferramenta 3DAnalysis tool, Surface Analysis, HillShade...

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Um mapa Geológico da área será utilizado na possívelescala, visto que os mapas geológicos da região não apresentamuma escala confiável para tal analise, desta forma, o re-mapemanento da área de estudo é muito necessário, pode serfacilitado conferindo a geologia das cicatrizes vista em campo,com as dos mapas disponíveis para estudo, na escala 1:50.000; damesma forma um mapa pedológico será gerado.

Um mapa de uso e cobertura do solo será utilizado apartir da fotointerpretação, também em ambiente SIG, énecessário aqui utilizar fotos áreas antigas disponíveis paramapear antigos usos antrópicos, muito comum na região, como porexemplo antigas estradas de extração de madeira nativa.

Um mapa de orientação de encostas será gerado a partir doprocessamento do mesmo TIN gerado, utilizando a ferramenta 3DAnalysis tool, Surface Analysis, Aspect...

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O ultimo mapa para a correlação destes mapas, referente aforma das encostas, quanto a convexa, côncava ou retilínea, nãohá uma ferramenta conhecida ainda por mim para realizar estafotointerpretação de forma automática, capaz de gerar asclasses, há necessidade uma busca maior na literatura a respeitodo procedimentos de processamentos quanto a este tipo deanálise.

Completado esta etapa é possível gerar funções decorrelação para cada mapa, sobrepondo o mapa de inventário sobreos demais, desta forma teremos as diversas classes dos distintosmapas que se relacionam com a suscetibilidade de deslizamento.

Concluído esta etapa será apresentado diversos mapas desuscetibilidade, para cada mapa produzido, um mapa desuscetibilidade é gerado.

O cruzamento final dos mapas é antecedido por meio dapesagem de cada fator(hipsométrico, declividade, geológico,pedológico, falhas geológicas, cobertura e uso do solo,orientação de encostas e forma das vertentes), assim é gerado ummapa final de suscetibilidade pode ser gerado, utilizandoalgumas funções matemáticas disponíveis para interpretação dospesos, podem ser elas a Booleana, a média ponderada, o modelo

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AHP e a da probabilidade condicional, cada um deles apresentamum mapa final, sendo possível sobrepor estes mapas ascicatrizes, para a conferencia de qual dos modelos obtém maioreficiência na região, para a qualidade dos dados disponíveis.

Já para a realização do mapeamento através da modelagemShalStab será utilizado o manual técnico de FUNDAMENTAÇÃOTÉORICA DO MODELO MATEMÁTICO PARA PREVISÃO DE ESCORREGAMENTOSRASOS SHALLOW STABILITY, de autoria de Renato Fontes Guimarães1,Nelson Ferreira Fernandes, Roberto Arnaldo Trancoso Gomes eOsmar Abílio de Carvalho Júnior.

Estrutura provisória do trabalho

Este trabalho esta estruturado em 4 capítulos gerais, acontar pela:

Discussões teóricas a respeito das variáveiscondicionantes dos processos de alta magnitude;

Procedimentos metodológicos para o mapeamento dasáreas suscetíveis, através de uma análise multicriterial;

Procedimentos metodológicos para o mapeamento dasáreas suscetíveis, através do recurso da modelagem matemáticaShalStab;

Procedimentos metodológicos a respeito de possívelconversão de dados estáticos, pela dinâmica do regimento deabastecimento dos níveis freáticos, produzindo áreas de riscoconforme a demanda pluviométrica em tempo real.(1 ano depesquisa)

Cronograma (Atividades)O trabalho será de 1 ano, portanto divido em etapas de

metas trimestrais, assim a meta do primeiro e segundo trimestreserá realizar todos os estudos de campo, como a delimitaçãoexata da área de estudo em Gaspar, realizar um levantamentotopográfico da área, a fim de afinar a qualidade do MDT a sergerado, pela interpolação das curvas de níveis, mapear ascicatrizes, calibrar o mapa geológico em escala compatível aqualidade do trabalho, assim como o mapa pedológico.

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Ainda no segundo trimestre a meta será processar todos osdados referentes as analises multicriteriais e o processamentodo modelo matemático ShalStab, tendo completado 2/3 do trabalho.

O Terceiro e quarto trimestre será dedicada aos estudosdo modelo hidrológico introduzido para processamento daferramenta ShalStab, a fim de inferir dados referentes asaturação do solo, expressado pela lei d Darcy, que tornaráassim possível a criação de um mapa final expressando as áreassuscetíveis pela quantidade de chuva capaz de absorver, portempo.

Paralelamente um aparelho de medição pluviométricacaseira, estará sendo elaborada para que qualquer usuário possaoperar o sistema, com o auxilio do mapa de curvas pluviométricascriticas.

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