Contribuição para o zoneamento das áreas com características geotécnicas semelhantes da Cidade de Salvador visando aplicação em mapeamento de risco

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1 Contribuição para o zoneamento das áreas com características geotécnicas semelhantes da Cidade de Salvador visando aplicação em mapeamento de risco Jesus, A. C. UFBA/Graduando Eng. Civil, Salvador, Bahia, Brasil, alexandre@geotec.eng.ufba.br Miranda, S. B. UFBA/Graduando Eng. Civil, Salvador, Bahia, Brasil, barreto@geotec.eng.ufba.br Dias, L. S. O. UFBA/Mestrando Engenharia Ambiental Urbana, Salvador, Bahia, Brasil, leonardo.santana@gmail.com Brito Júnior, J.A UFBA/Graduando Ciência da Comp., Salvador, Bahia, Brasil, jailson@geotec.eng.ufba.br Burgos, P.C. UFBA/UNEB Pesquisador, Salvador, Bahia, Brasil, pburgos@ufba.br Campos, L. E. P. UFBA, Salvador, Bahia, Brasil, ledmundo@ufba.br Resumo: No desenvolvimento do Plano Diretor de Encostas da Cidade de Salvador, a Prefeitura Municipal de Salvador solicitou o apoio do Laboratório de Geotecnia da UFBA, visando disponibilizar e georeferenciar os diversos ensaios de resistência realizados através de projetos de pesquisa e extensão. Desta forma foi possível cadastrar os resultados dos diversos ensaios e sua localização espacial, permitindo realizar estudos visando obter distribuição espacial das propriedades de resistência que, aliada a uma base topográfica, para aplicação na elaboração de mapas de risco de deslizamento de terra da Cidade. Neste trabalho são apresentados os resultados dessa pesquisa, apresentando os mapas de isopropriedades de geotecnicas para a Cidade de Salvador. Abstract: With the event of the development of the Master Plan for Slopes of the City of Salvador, the Municipality of Salvador requested the support of the Geotechnical Laboratory of the Federal University of Bahia - UFBA, seeking to make available and to identify several resistance tests accomplished through research projects and extension. Thus it was possible to collect the several test results and their space location, allowing the accomplishment of studies that were carried on in order to obtain a space distribution of the different soil resistance properties and that was associated to a topographical base, for use in the elaboration of risk maps of landslides for the City of Salvador. In this paper, the results of such research are presented as maps with areas of similar geotechnical soil properties for the City of Salvador. 17

2 1. INTRODUÇÃO Diversos centros urbanos brasileiros estão localizados em áreas com problemas de deslizamento de terra. Salvador, primeira Capital do Brasil, convive com problema de estabilidade de encosta ao longo de sua história, sendo o primeiro acidente relatado no ano de 1551, e logo após este merecem destaque os acidentes ocorridos em 1671, onde parte da encosta da Conceição da Praia desabou vitimando trinta pessoas. Inicialmente, os acidentes ocorriam na região da Falha de Salvador, local onde se começou desenvolver cidade. Posteriormente, com o crescimento de Cidade, o problema de deslizamento de terra acompanhou a ocupação desordenada, principalmente das encostas de Salvador, motivada pelos fatores sócio-econômico e a pressão imobiliária. Hoje, a Cidade apresenta diversas áreas de risco de deslizamento, cujo crescimento é bem superior ao potencial de intervenção do poder publico. Visando avaliar áreas com prioridades de investimentos é necessário saber a condição de risco de deslizamento de terra onde estão implantadas as populações, necessitando para isto o conhecimento das propriedades geotécnicas, geológicas, bem com uma base cartográfica e do processo de avaliação da condição de estabilidade. Quanto à base cartográfica, a Cidade do Salvador já dispõe de uma base na escala de 1:2000, implantada pela Conder, tendo como referência o levantamento feito no ano de 1998, possuindo também fotografias áreas da Cidade em diversas épocas, onde se observar a forma de ocupação e sua evolução nos últimos anos. Infelizmente, Salvador não dispõe de uma cartografia geológica e geotécnica, levando a Prefeitura a desenvolver trabalhos nesta área para a implantação do Plano Diretor de Encostas. Neste plano coube ao Laboratório de Geotecnia da UFBA a disponibilização dos resultados dos ensaios realizados nos últimos 20 anos e o georeferenciamento das amostras. Com o georeferenciamento, permitiu um estudo da distribuição espacial das principais características dos solos, visando a aplicação na avaliação de zonas de risco de deslizamento, junto com as diversas cartas temáticas, utilizando para isto um Sistema de Informação Geográfica (SIG), sendo este fundamental quando se trabalha com o mapeamento de grandes áreas, em que o volume de informações dificulta as análises por processos não-computacionais, assim como armazenamento em bancos de dados no SIG e manipuladas com o objetivo de gerar informações derivadas que possam contribuir ao planejamento do meio físico e à tomada de decisões (Carvalho apud Woslki et al, 1998). 2. COLETA DE DADOS A locação espacial das amostras de solos coletadas em Salvador tomou como base para georeferenciamento a projeção Universal Transverse de Mercator (UTM), datum SAD69 e articulação padrão SICAR. Devido às amostras já terem sido coletadas nos os últimos vinte anos, os padrões de representações geográficas das mesmas são heterogêneos, uma vez que nos resgates das informações utilizou-se desde representação da localização feita em simples croquis até o uso de coordenadas Geográficas, obtidas por GPS. Assim, o trabalho inicial constou de uma triagem conforme o nível de espacialização das mesmas, sendo apresentado a seguir os níveis de qualidade na referencia adotados, para as 369 amostras: A locadas com auxílio de GPS; B - locadas com a metodologia dos pontos de controle; C - locadas no centróide da Obra; D - locadas tomando um único ponto de referência; G - locadas com auxílio do LOUOS (programa comercializado pela PMS para localização 18

3 de logradouros, dentre outros dados); e Z - locadas no centróide do logradouro. A cultura de se vincular, a qualquer tipo de amostragem realizada no ambiente urbano, um par de coordenadas de referencial cartográfico (x,y) ainda não é prática normalmente utilizada pelas empresas de engenharia. Isto é comprovada pela maior freqüência da espacialização, esta ligada a um nível de qualidade baixa. Contudo, Texeira (2003) relata que o rigor da localização geográfica não é uma grande exigência em trabalhos de zoneamento regional. A localização das amostras, após o georeferenciamento, é apresentada no mapa (Figura 1). Para utilização das informações num sistema de gerenciamento de informações geográficas, foi criado um bando de dados contendo as principais características das amostras visando aplicação no estudo de avaliação de áreas de risco de deslizamento.assim, para cada amostra coletada esta relacionada com informações de alguns índices físicos do solo (índice de vazios e peso específico dos grãos) e principalmente dos parâmetros de resistência ao cisalhamento, obtidos de ensaios de cisalhamento direto ou triaxial, correlacionadas com a sua coordenada e qualidade da localização.. 4. ANÁLISE DOS RESULTADOS Inicialmente foi feita a análise exploratória dos dados, visando permitir um melhor entendimento do conjunto de dados, descrevendo suas variações e comportamentos em torno da média, possibilitando interpretações mais confiáveis e detecções de possíveis erros, seguindo as orientações de Manzione apud Ladim (2002). Portanto, os dados foram analisadas através da estatística descritiva as medidas de posição (média, mediana), dispersão em torno da média (desvio padrão, coeficiente de variação e variância) e forma (coeficiente de assimetria e curtose), sendo apresentados os resultados nas tabelas 1 e 2 e 3. Tabela 1 Análise exploratória dos parâmetros de resistência de ensaios inundados ou saturado. Figura 01 Disposição Espacial das Amostras Indeformadas 3. MONTAGEM DO BANCO DE DADOS Análise φ c Média 27,60 18,90 Mediana 29,10 16,10 Desv.Pad. 7,04 13,98 Variância 49,56 195,4 Coef.Variação 25,50 74,00 Curtose 4,22 7,72 Assimetria -1,05 1,60 Unidades Utilizadas: Ângulo de Atrito (φ) em graus, coesão em kpa. 19

4 Tabela 2 Análise exploratória dos parâmetros de resistência de ensaios na umidade natural. Análise φ c Média 32,82 43,11 Mediana 32,71 36,70 Desv.Pad. 6,09 26,38 Variância 37,08 695,91 Coef.Variação 18,60 61,10 Curtose 3,98 6,06 Assimetria -0,18 1,58 Unidades Utilizadas: Ângulo de Atrito (φ) em graus, coesão em kpa. Tabela 3 Análise exploratória dos índices físicos. Análise γ e Média 16,44 1,10 Mediana 16,43 1,09 Desv.Pad. 1,33 0,47 Variância 1,77 0,22 Coef.Variação 8,09 42,73 Curtose 5,03 3,49 Assimetria -0,17-0,31 Unidades Utilizadas: : Peso específico natural (γ) em kn/m³ e índice de vazios (e) adimensional Percebe-se pela simples leitura das Tabelas 1, 2 e 3, que a coesão e o índice de vazios obtiveram um coeficiente de variação muito alto (superior a 30%), enquanto que a variável ângulo de atrito teve um coeficiente de variação entre 18,60 e 25,50 e a variável peso específico natural obteve um coeficiente de variação baixo. O coeficiente de curtose é o grau de achatamento de uma distribuição. Uma distribuição normal apresenta curtose igual a três, logo no caso das variáveis estudadas somente a coesão e índice de vazios apresentam valores próximos deste índice. Com relação ao coeficiente de assimetria percebe-se que nenhuma delas apresentam valores alto segundo Manzione (2002). O desvio padrão e o coeficiente de variação alto são um indicativo da heterogeneidade das amostras e isto é conseqüência do fato de que não se levou enconta durante a análise estatistica a gênese das amostras,ou seja Salvador conforme relata Ribeiro (1992) a geologia da Cidade de Salvador é constituída por duas partes distintas divididas pela escarpa de linhas de falha de Salvador. Na cidade baixa afloram sedimentos da formação ilhas, membro superior constituído de aglomerados silitos e folhelhos, enquanto na cidade alta, rochas de alto grau de metamorfismo da face granulíto, que constitui o embasamento cristalino, além da presença da formação barreiras.portanto o fator geológico corrobora para estes valores altos de desvio padrão e coeficiente de variação. Observa-se que a perda média da coesão ficou em torno de 2,3 três vezes, enquanto o ângulo de atrito ficou em média 1,7 vezes menor depois do material ficar totalmente saturado. Diante da inadequabilidade da estatística tradicional para o caso em questão, devido a diferença significativa de materiais nos diversos locais da Cidade, foi então necessária a realização de analise geoestatística Este fato vem de encontro ao que relata Carvalho & Uribe-Opazo (2000).As características físicas e químicas do solo não apresentam uma uniformidade espacial mas sim uma variabilidade espacial, portanto, se deve tratar os dados como variáveis regionalizadas logo aplicação da estatística clássica não é suficiente para o tratamento de dados, pois a mesma toma como premissa a independência das amostras e 20

5 homogeneidade de variâncias. Portanto, devese utilizar a geoestatística a fim de que os mapas produzidos sejam mais condizentes com a realidade conforme menciona Manzione (2002).Portanto o passo seguinte para o presente trabalho foi a realização da análise estrutural dos dados. A análise estrutural das informações contidas na amostras visa determinar, qual o melhor modelo a ser ajustado de maneira a obtermos os valores preditos mais próximos da realidade, ou seja, ele representa a estrutura de correlação espacial a ser utilizada nos procedimentos de inferências de Krigagem ordinária. Esta analise é realizada através do semivariograma. O semivariograma mostra a medida e grau de dependência espacial ao longo de um suporte específico, conforme relata Landim (2003). Para as quatro variáveis estudadas foram modelados semivariogramas para várias direções visando verificar a anisotropia e a dependência espacial de cada variável. Segundo Camargo et al (2000) a anisotropia é uma característica muito freqüente na natureza, isto é, a variabilidade ou distribuição espacial de tais elementos ocorre mais intensamente numa direção e menos intensamente que na outra. Com relação a dependência espacial esta pode ser mensurada através do índice de dependência espacial (IDE) calculado pela equação 1 apresentada abaixo, sendo considerada a dependência espacial baixa para IDE maior que 75%, moderada para valores entre 25% e 75%; e alta menores que 25%. Figura 2 Semivariograma da variável peso específico natural. Figura 3 Semivariograma da variável índice de vazios. (1) São apresentados abaixo alguns semivariogramas de cada variável estudada. Figura 4 Semivariograma da variável coesão (material inundado / saturado) 21

6 Figura 5 Semivariograma da variável ângulo de atrito (material saturado/inundado) A distância na qual o semivariograma atinge um valor de estabilidade, o limite da dependência espacial, é chamado alcance (a) ou range. A esse valor, próximo à variância dos dados, dá-se o nome de patamar (C +C ) ou sill. 0 i O alcance da dependência espacial representa a distância em que os pontos amostrais estão correlacionados entre si Manzione (2002). Portanto, utilizando a análise do semivariograma obtemos para cada variável estudada (índice de vazios, peso específico natural, coesão e ângulo de atrito no estado saturado ou inundado) os parâmetros geoestatísticos para os modelos teóricos ajus- tados podem ser visualizados na Tabela 4 apresentada a seguir: As variáveis, coesão, peso específico e índice de vazios apresentaram uma anisotropia combinada na direção Nordeste-sudoeste variando de 28 a 38, o que pode ser explicado inicialmente pela grande concentração de amostra nesta direção. Devido a anisotropia optou-se por combinar dois modelos de semivariograma (exponencial e esférico). Com relação ao índice de dependência espacial percebe-se que as variáveis têm baixa dependência espacial devido basicamente ao efeito pepita. Por apresentar poucas amostras na parte norte da Cidade de Salvador e, principalmente, por esse local se apresenta fora do alcance da dependência espacial, a mesma foi subtraída do presente trabalho. Pretende-se, no futuro, realizar uma campanha de ensaios nesses locais reconhecidamente com poucas informações geotécnicas. 4. ELABORAÇÃO DE MAPAS Segundo Camargo (2000), a análise espacial permite que dados disponíveis de forma pontual sejam interpolados gerando uma superfície que representa o padrão de distribuição da va- Tabela 4 Parâmetros Geoestatísticos dos Modelos Teóricos Ajustados 22

7 riável estudada. Dentre os diversos métodos de interpolação foi escolhido a Krigagem ordinária por ser um método geoestatístico que leva em consideração as características espaciais de auto-correlação de variáveis regionalizadas e, principalmente, ao contrario dos métodos determinísticos a Krigagem considera a continuidade do fenômeno em estudo e apresenta os resíduos e variâncias envolvidas além de trata a redundância de amostras de forma mais apropriada. Ademais, este é um método bem difundido em nosso país podendo citar alguns trabalhos realizados Carvalho e Uribe-Opazo (2000), Camargo et al (2000) e Landim et al (2002). Os mapas de isopropriedades obtidos através da técnica de Krigagem são apresentados nas figuras 7 a 10. Analisando os mapas de peso especifico e coesão observa-se que na parte central da Cidade os valores são menores, acontecendo de forma inversa com o índice de vazios. Figura 6 Mapa de isopropriedade do ângulo de atrito (material inundado ou saturado). Figura 7 Mapa da Isopropriedade da coesão (material inundado ou saturado) Figura 8 Mapa de isopropriedade do índice de vazios 23

8 Figura 9 Mapa de isopropriedade do peso específico natural. Quanto à distribuição do ângulo de atrito, observa-se um alinhamento vertical de valores mais elevados, reduzindo para leste e oeste, apresentando distribuição espacial diferente dos demais parâmetros analisados. Outra importante constatação é que a maioria dos casos de deslizamento em encosta na Cidade de Salvador, ocorrem durante o período chuvoso e tomando como base o inventário de deslizamento e problemas geotécnicos realizados para a Prefeitura Municipal de Salvador em 2003, durante o Plano Diretor de Encostas (PDE), notamos que boa parte dos locais onde suscitou problemas, estão em zonas onde a coesão do solo no estado saturado é baixa, como se pode observar na Figura 10. Não foi possível determinar o zoneamento da coesão e ângulo de atrito para o solo na condição natural, devido a grande variabilidade dos resultados, ocasionados, além do fator geológico (litologia), pelos blocos apresentarem umidades distintas, haja vista serem retiradas em períodos diferentes, que acabam por repercutir no valor da sucção e conseqüentemente nos parâmetros de resistência do solo. 5.CONCLUSÕES Figura 10 Pontos com ocorrência de problemas de deslizamento de terra 24 Através resultados gerados ficaram evidentes as seguintes conclusões a respeito do presente trabalho: A necessidade de termos uma rede de pontos bem distribuída, é importante, pois a mesma afetará na qualidade do processo da interpolação, haja vista onde se tem encontrado IDE baixo, possivelmente afetados pela concentração de dados em uma mesma localidade. É muito importante que exista um mapa geológico com escala aceitável; haja vista que devido as diversas unidades geológicas existentes na cidade de Salvador fica evidente que não se pode tratar todas informações de maneira igual, todas com a mesma gênese geológica, ocasionando a dispersão dos valores obtidos.

9 Os resultados confirmam que o uso da técnica de Krigagem ordinária como um bom interpolador espacial, haja vista em virtude da predição está compatível com os valores de amostras coletadas no período de 2004 confirmando a validação do processo apesar da distribuição dos pontos. Analisando os mapas de zoneamento produzidos através da Krigagem ordinária, percebe-se que em zonas onde o índice de vazios é elevado, o valor do ângulo de atrito encontrado é baixo, isto vem ao encontro com o que Campos (1984) relatou ao citar Macarini (1980) e Sandroni (1973). Este zoneamento geotécnico, mesmo em caráter preliminar é de suma importância, permitindo assim o desenvolvimento e continuidade de pesquisas sistemáticas sobre o tema em questão, além de permitir a divulgação dessa ferramenta de análise no meio técnico local. 6. REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA Camargo, E. C. G; Felgueiras, C. A e Monteiro, A. M. V. (2000). A importância da modelagem anisotrópica na distribuição espacial de variáveis ambientais utilizando procedimentos geoestatísticos. (2000) INPE-São Paulo Campos, L. E. P. (1984). Influência da Sucção na Estabilidade de Taludes Naturais em Solos Residuais. Dissertação de mestrado em engenharia civil - geotecnia. PUC. Rio de Janeiro. Carvalho, L. P; Uribe-Opazo, M. A.(2000). Análise geoestatística sobre a variabilidade espacial de propriedades químicas do solo do ano de 2000 em uma área experimental sem manejo localizado. Cascavel, UNIOESTE Landim, P. M. B.(2003).Análise estatística de dados geológicos.2º Edição.Editora Unesp.São Paulo. Manzione, R. L. (2002) Variabilidade espacial de atributos químicos do solo em Araguari MG. Dissertação de mestrado em agronomia. UNESP. São Paulo. Ribeiro, L. P (1991).Alguns aspectos do solo do Salvador e sua relação com processos de degradação.sociedade e Natureza. - Uberlândia Teixeira, C. Z. (2003.) Um estudo de viabilidade para fundações rasas de construções de pequeno porte na região de Belo Horizonte usando ferramentas de SIG.VI Curso de especialização em Geoprocessamento. Departamento de Geociências-UFMG.Belo Horizonte 25

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