Palavras-chave: Limiares pluviométricos, Pluviógrafo, Monitoramento de taludes, Deslizamentos de encostas, Serra do Mar.

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1 ANÁLISE DE REGISTROS HISTÓRICOS DE PRECIPITAÇÕES E RUPTURAS DE ENCOSTAS PARA COMPOSIÇÃO DE LIMIARES PLUVIOMÉTRICOS VISANDO MONITORAMENTO DE TALUDES RODOVIÁRIOS Marina Naim Brock Trevizolli (M.Sc., Engenheira Civil Universidade Federal do Paraná); marinatrevizolli@hotmail.com Alessander Christopher Morales Kormann (D.Sc., Professor Adjunto Universidade Federal do Paraná); alessander@ufpr.br Vitor Pereira Faro (D.Sc.,Professor Adjunto Universidade Federal do Paraná); vitorpereirafaro@gmail.com Liamara Paglia Sestrem (D.Sc., Engenheira Civil Universidade Federal do Paraná); liamara.ufpr@gmail.com Larissa de Brum Passini (D.Sc., Professora Adjunta Universidade Federal do Paraná); larissapassini@hotmail.com Resumo: O trecho da Rodovia Régis Bittencourt, por onde o traçado atravessa a Serra do Mar, foi definido como escopo do estudo. As áreas de contribuição hidrográfica desta região foram estudadas, permitindo analisar a dinâmica pluviométrica regional. Os registros históricos de chuvas possibilitaram analisar a magnitude e os respectivos períodos de ocorrência desses eventos. A definição dos limiares pluviométricos críticos fornece a classificação de cenários de maior suscetibilidade à ocorrência de movimentos de massa. Os limiares propostos fundamentaram-se na metodologia empírica proposta inicialmente por Kanji et al. (1997), que se baseia em dados reais de eventos de chuva e seus respectivos movimentos de massa associados, propondo, contudo, um critério global para chuvas deflagradoras de escorregamentos e corridas de detritos. Tal ferramenta é importante para a gestão da operação rodoviária, pois permite identificar futuras ocorrências de eventos críticos de deslizamentos, através do histórico de chuva. Palavras-chave: Limiares pluviométricos, Pluviógrafo, Monitoramento de taludes, Deslizamentos de encostas, Serra do Mar. Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 1 de 14

2 ANALYSIS OF SLOPE FAILURE AND RAINFALL HISTORICAL RECORDS FOR PLUVIOMETRIC THRESHOLDS FOCUSED ON HIGHWAY SLOPES MONITORING Abstract: The stretch of Régis Bittencourt Highway, through which the route crosses the Serra do Mar, was defined as the scope of the study. The areas of hydrographic contribution were studied, allowing the understanding of the regional rainfall dynamics. The historical records of rainfall provided the magnitude and the respective periods of occurrence of these events. The definition of critical rainfall thresholds allows the classification of scenarios of greater susceptibility to the occurrence of mass movements. The proposed pluviometric thresholds were based on the empirical methodology initially proposed by Kanji et al. (1997), which is based on actual data of rainfall events and their associated mass movements, but proposing an overall criterion for rainfall precipitation and debris flow. This tool is important for the management of the highway operation, since it allows identifying future occurrences of critical events of landslides, through rainfall history. Keywords: Pluviometric Thresholds, Pluviograph, Slopes Monitoring, Slope Failure, Serra do Mar. 1. INTRODUÇÃO No Brasil, a associação de chuvas intensas e com a ocorrência de movimentos de massa representa uma área que necessita de maiores estudos a fim de otimizar e desenvolver ferramentas que facilitem a compreensão dessa dinâmica. Em especial durante o verão, frentes frias ao se depararem com massas de ar quente tropical provocam fenômenos de intensa instabilidade atmosférica, por toda a extensão da costa brasileira, resultando em fortes chuvas e tempestades. Em virtude dessas chuvas, com regularidade, ocorrem erosões intensas e movimentos de massa, que podem atingir níveis catastróficos (GUIDICINI e NIEBLE, 1984). Nas rodovias, além das movimentações de massa devido ao aumento da poropressão positiva ou redução do nível de sucção em camadas de solo não saturadas, a precipitação também influencia outros processos de instabilização em massas terrosas e/ou Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 2 de 14

3 rochosos, que não se referem somente ao escorregamento de taludes, sendo estes: focos erosivos desenvolvidos em aterros; solapamentos localizados nas margens de rios; rompimento/transbordamentos de sistemas de drenagem e aumento da pressão de água nas diaclases das rochas (D ORSI, 2011). A correlação de dados de pluviometria com registros de movimentos de massa permite a definição de limiares pluviométricos críticos com os quais se torna possível a previsão, com razoável confiança, da iminência de ocorrência de movimentos de massa. Para tal, são utilizados métodos empíricos, onde os limiares são definidos normalmente por uma linha traçada imediatamente abaixo da nuvem de pontos que representam as condições pluviométricas críticas (precipitação acumulada, intensidade pluviométrica e duração do evento, entre outros). É válido salientar que no Brasil, em geral, informações detalhadas sobre a distribuição espacial de movimentos de massa e de chuvas associadas são escassas, o que impõe limitações ao desenvolvimento de modelos de previsão de escorregamentos. 2. SERRA DO AZEITE A área que compreende a Serra do Azeite é composta por 2 unidades litológicas principais: Gnaisse Bandado Barra do Azeite e Formação Turvo-Cajati. O Gnaisse Bandado Barra do Azeite ocorre principalmente em dois trechos da rodovia Régis Bittencourt (BR-116), sendo um do km 504 ao km 507 e outro do km 512 ao 514, pista norte, sentido Curitiba (PR) a São Paulo (SP) (CPRM, 2013). A Formação Turvo-Cajati é composta pela Unidade de Micaxisto; Unidade Paragnáissica e Unidade de Filito. Na área de estudo ocorrem somente as duas primeiras unidades dessa formação. Além dessas duas unidades, ocorre ainda o Granito Alto Jacupiranguinha (CPRM, 2013). Esta serra é pertencente a cadeias de montanhas da Serra do Mar. A Figura 1 ilustra a localização da Serra do Azeite em relação a BR-116, a qual remete-se ao trecho da Autopista Régis Bittencourt entre o km 500 e km 522. A Figura 2 apresenta o modelo digital de terreno contendo (i) a elevação dos taludes, (ii) a BR-116, (iii) marcos quilométricos, como também (iv) as respectivas delimitações e numerações de micro-bacias hidrográficas da Serra do Azeite, as quais foram obtidas por meio do visualizador de Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais (INDE, 2016). O entendimento da disponibilidade de precipitação em uma bacia parte inicialmente Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 3 de 14

4 do conhecimento de sua distribuição temporal e espacial (TUCCI, 2012). Sendo assim, o estudo das áreas de contribuição hidrográfica do trecho da rodovia da Régis Bittencourt, permite analisar a dinâmica pluviométrica regional por meio dos dados de precipitação provenientes dos pluviógrafos inclusos nessas micro-bacias e da sua respectiva área de influência relativa. Figura 1 - Serra do Azeite em relação à rodovia BR-116 Fonte: Google (2015) Os pontos com registros de ocorrência deslizamentos/escorregamentos de taludes na região de estudo que foram mapeados (pontos azuis na Figura 2) e utilizados para a elaboração do limiar pluviométrico. A Erro! Fonte de referência não encontrada. apresenta detalhes a respeito desses locais, conforme dados fornecidos pela concessionária Arteris S.A.. Tabela 1 - Dados de deslizamentos na Serra do Azeite Evento Data de ocorrência Localização 01 05/02/ /02/ /02/ /02/ /02/ /12/ /11/ /11/ /12/ /02/ Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 4 de 14

5 11 21/02/ Figura 2 - Modelo digital de Terreno da Serra do Azeite 2.1 Regime de chuvas no local de estudo Para o entendimento dos regimes de chuva nessa região, necessitou-se mapear os pluviógrafos próximos à região de interesse para então correlacionar com os deslizamentos pretéritos (Tabela 1). Os pluviógrafos utilizados no estudo são de responsabilidade, tanto operacional quanto gerenciamento, do Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE, 2017) do estado de São Paulo, e localizam-se próximos ao município de Cajati/SP (Tabela 2). Nome Barra do Azeite Serrana do Sul Tabela 2 - Relação de pluviógrafos Código Altitude (m) Dados desde Dados até F Set/60 Ago/99 F Jun/50 Dez/16 Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 5 de 14

6 O pluviógrafo Barra do Azeite encontra-se na micro-bacia hidrográfica de número 12 (Figura 2) e o Serrana do Sul está fora das delimitações da Serra do Azeite, porém, é o mais próximo em distância e altitude do instrumento Barra do Azeite em relação a outros instrumentos próximos da área de estudo. As séries históricas desses equipamentos são apresentadas na Figura 3 e Figura 4 através dos volumes máximos e mínimos mensais e média anual precipitada. Nos casos em que se verificaram registros parciais (dias ou mesmo meses sem leitura da instrumentação), as informações não foram utilizadas para o cálculo do volume mensal ou anual acumulado. Os registros históricos da estação da Barra do Azeite (Figura 3) mostram uma média mensal de aproximadamente 127 mm, mínimo de 3,9 mm e máximo de 499 mm. Verifica-se que o ano de 1998 foi o que apresentou o maior pico de chuva mensal e em 1983 foi registrada a maior média, com volumes de 499 mm e 202 mm, respectivamente. Esta estação está localizada no início da Serra do Azeite, local que caracteriza a menor altitude ao longo da área de estudo (~67 m) e atualmente se encontra desativada desde Agosto de Figura 3 - Registros do pluviógrafo Barra do Azeite Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 6 de 14

7 Figura 4 - Registros do pluviógrafo Serrana do Sul 2.2 Análise crítica integrada A obtenção das áreas de contribuição hidrográfica e do percentual de ocorrência de períodos chuvosos permite complementar e comparar o comportamento dos regimes de chuva por meio da correlação de porcentagens de incidências e a proximidade entre os instrumentos com uma classificação que pode ser obtida por meio de uma análise crítica integrada. Tal procedimento visa, através de dados de precipitação diária medidos, da localização geográfica dos pluviógrafos e da proximidade destes nas áreas de contribuição hidrográfica, determinar e classificar os índices de precipitação pluviométrica para as regiões de interesse por meio da técnica dos quantis e, assim, inferir a respeito da classificação de chuvas para cada um dos instrumentos. A aplicação dessa metodologia envolveu inicialmente um tratamento estatístico, determinando-se os valores máximos e mínimos, média e desvio padrão para cada série diária de chuva. Na sequência, adotou-se uma faixa de percentis de 5% a 95%, com valores intermediários nos primeiros quartis, mediana e terceiro quartis, ou seja, 25%, 50% e 75%. Outros trabalhos vêm sendo desenvolvidos com base na aplicação dessa metodologia em diferentes regiões do Brasil (LEITE et al., 2011 e SOUZA et al., 2012). Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 7 de 14

8 A Tabela 3 apresenta a classificação das precipitações (P) diárias utilizadas no trabalho de Souza et al. (2012) para a região de São Paulo, os quais também serviram de base para as análises da Serra do Azeite, sendo possível identificar classes desde dias considerados secos até chuvas muito extremas. Tabela 3 - Classificação das chuvas na Serra do Azeite Probabilidades Classificação P < Q 0,05 Dia Seco (DS) Q 0,05 P Q 0,25 Chuva muito fraca (CMF) Q 0,25 P Q 0,50 Chuva fraca (CF) Q 0,50 P Q 0,75 Chuva moderada (CM) Q 0,75 P Q 0,95 Chuva forte (CFo) P Q 0,95 Chuva muito forte (CMFo) Q 0,95 P 150 mm Chuva extrema (CE) P>150 mm Chuva muito extrema (CME) A Figura 5 apresenta um comparativo com as classes de precipitação por meio da análise de chuvas por quartis da Serra do Azeite, verifica-se que existe uma similaridade de comportamento no volume de chuva que representa um mesmo tipo de chuva para os pluviógrafos analisados. Nota-se que as chuvas muito fortes na Barra do Azeite começam com precipitações inferiores em relação à Serrana do Sul, as quais se encontram no intervalo de 10,3 P 35,8 para Barra do Azeite e 12,5 P 38 para Serrana do Sul, o mesmo pode ser dito em relação às chuvas fortes e moderadas e também às chuvas muito fracas, sendo 0,2 P 1,0 e 0,1 P 0,5 para Serrana do Sul e Barra do Azeite, respectivamente. Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 8 de 14

9 Figura 5 - Análise crítica integrada da Serra do Azeite 3. DESCRIÇÃO DO MÉTODO Para a elaboração do limiar pluviométrico foi preciso definir um regime de chuvas na região. O pluviógrafo Barra do Azeite, o qual se encontra dentro da Serra do Azeite, é o mais próximo dos pontos de deslizamento/ escorregamentos e com maior histórico de dados. Como as ocorrências deslizamento/ escorregamentos datam de anos recentes (2010 à 2016) e o pluviógrafo Barra do Azeite foi desativado em 1999, foi preciso realizar uma regressão linear em relação aos pluviógrafos Serrana do Sul. A regressão linear simples visa analisar a relação entre uma variável dependente (Barra do Azeite) e outra variável independente (Serrana do Sul), as quais se relacionam por uma equação matemática de primeiro grau, em que: (1) Sendo: variável independente; variável aleatória residual; parâmetros desconhecidos do modelo (a estimar); e variável dependente. A análise dos dados históricos constatou que a equação de regressão linear, para preenchimento dos dados faltante em Barra do Azeite é dada por: (2) Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 9 de 14

10 A Tabela 4 apresenta os eventos pluviométricos registrados pelo pluviógrafo Barra do Azeite, na região da Serra do Azeite, para o período de 01/06/1950 a 31/12/2016, sendo a grande maioria com duração de 24 horas, seguido de eventos com duração de 48, 72 e 96 horas, respectivamente. Para os estudos de KANJI et al. (1997), os eventos pluviométricos iniciam e terminam quando houver uma ocorrência de 0 mm em 24 horas. Como alternativa para a Serra do Azeite, optou-se por preliminarmente usar as delimitações impostas por KANJI et al. (1997), porém, averiguando-se cada ponto de deslizamento e seu respectivo histórico a fim de identificar a real incidência de chuva em 3 ou 7 dias antecedentes ao dia de registro da ocorrência. Tabela 4 - Eventos pluviométricos registrados por Barra do Azeite Eventos pluviométricos Número total 24 horas de duração horas de duração horas de duração horas de duração horas de duração horas de duração horas de duração horas ou mais de duração 697 Total de eventos pluviométricos 9520 Total de dias sem chuva Total de registros considerados A Tabela 5 relaciona a ocorrência de deslizamentos/escorregamentos com sua respectiva precipitação acumulada, no dia em que foi registrada a deflagração do evento. Nota-se, que a grande maioria das ocorrências na Serra do Azeite está vinculada com baixas pluviometrias, sendo de curta duração em relação à data de ocorrência. Ao se analisar os eventos 11 e 12 com duração de 48 horas de chuva correspondentes à 72 mm/h, pode-se constatar que em relação a todos os registros de eventos pluviométricos listados e que também apresentam 48 horas, apenas 0,18% são acima desse valor. O Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 10 de 14

11 mesmo nota-se para o evento ocorrido para o deslizamento de número 05, o qual apresenta ocorrência de apenas 0,25% no histórico de eventos pluviométricos com 72 horas de duração. Dentre todos os eventos que levaram a ocorrências de deslizamento de talude, nenhum deles apresentou valores acima de 1% de tendência de ocorrência ao longo de 66 anos de leituras de chuva, o que enquada os eventos pluviométricos deflagradores como eventos atípicos. Tabela 5 - Número de registros e eventos por hora de duração (Serra do Azeite) Evento Precipitação acumulada/evento Pluviométrico (mm/hora) RESULTADOS E DISCUSSÃO Os eventos pluviométricos que deflagraram as rupturas foram inseridos na Figura 6. Nela, apresenta-se a curva que define o limiar pluviométrico para escorregamento global proposto por KANJI et al. (1997), juntamente com todos os outros eventos pluviométricos registrados na região de interesse. Em complemento a isso, definiu-se para o caso da Serra do Azeite um limiar pluviométrico empírico preliminar, por meio de uma faixa pluviométrica crítica, onde supostamente as maiores incidências de deslizamentos poderiam ocorrer. Além disso, previu-se um valor de incremento em cada evento pluviométrico a fim de analisar quando esses registros alcançariam KANJI et al. (1997). Nota-se que a faixa crítica prevista encontra-se abaixo do limiar proposto por KANJI et al. (1997), este fato pode ser explicado em decorrência do regime de chuvas da Serra do Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 11 de 14

12 Azeite, em que eventos pluviométricos deflagradores de deslizamento relacionam-se com baixas intensidades em altas horas de duração. Figura 6 - Limiar pluviométrico para Serra do Azeite Para que os eventos pluviométricos fossem considerados críticos na metodologia aplicada, esses valores deveriam sofrer acréscimos médios de 120% na leitura de precipitação. Os pontos de deslizamentos estudados encontram-se nas micro-bacias hidrográficas 6, 9 e 10. Os mais próximos em elevação e distância do pluviógrafo Barra do Azeite, o qual está localizado na micro-bacia hidrográfica 12 (Figura 2), são aqueles localizados na micro-bacia 10. Para os escorregamentos em 6 e 9 (Figura 2), que estão mais distantes do pluviógrafo Barra do Azeite, observou-se que os resultados condizem com a mesma tendência de comportamento supracitada, o que permite utilizar o instrumento Barra do Azeite como representação prévia desta serra. Um limitante dos limiares pluviométricos é a falta de informações sobre deslizamentos pretéritos. Para o caso em questão, apenas um período de 5 anos (2010 à 2016) foi analisado se comparado aos 66 anos de dados de chuva dispostos. Sabe-se que, apesar das chuvas apresentarem uma tendência sazonal, os eventos críticos deflagradores de movimentos de massa apresentam uma baixa frequência de Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 12 de 14

13 ocorrência em todos os anos de leitura de precipitação analisados. 5. CONCLUSÕES/CONSIDERAÇÕES FINAIS Conclui-se que o limiar pluviométrico proposto por Kanji et al. (1997) apresenta um comportamento crítico pelo qual as ocorrências na Serra do Azeite não condizem, pois diversos deslizamentos ocorreram com intensidades de chuvas menores. Além disso, notase que na região e estudo, as chuvas deflagradoras têm caráter excluso se comparado ao total de eventos pluviométricos com o mesmo período de duração. As baixas elevações que se encontram os pluviógrafos Barra do Azeite e Serrana do Sul demonstraram que podem ser correlacionados. É importante analisar as taxas de variação de chuvas em cada um desses instrumentos, pois Barra do Azeite apresenta valores menores de intensidades de chuva diária se comparado com Serrana do Sul, o que poderia alterar os limites críticos do limiar pluviométrico, conforme foi possível verificar na análise crítica integrada apresentada. O entendimento das delimitações de micro-bacias hidrográficas em relação aos locais de deslizamento e dos dados de chuva (mapeamento) é uma importante ferramenta para a tomada de decisões a respeito de análises pluviométricas causadoras de deslizamentos. REFERÊNCIAS Área de contribuição das bacias hidrográficas. INDE - Instituto Nacional de Dados Espaciais Disponível em: < Acesso em: 9 de novembro de Geologia e Recursos Minerais da Folha Eldorado Paulista, escala 1: CPRM. Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais. São Paulo, DAEE Departamento de Águas e Energia Elétrica.Disponível em: < Acesso em: 10 de Julho de D ORSI, R. Correlação entre pluviometria e escorregamentos no trecho da Serra dos Órgãos da rodovia federal BR-116 RJ (Rio Teresópolis), Tese de Doutorado, Programa de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 287 p, GUIDICINI, G.; NIEBLE, C.M. Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação. 2 edição, Editora da USP, São Paulo, Brasil, 216 p, Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 13 de 14

14 Google Earth Pro. Imagem do Programa Google Earth Pro, KANJI, M.A.; CRUZ, P.T.; MASSAD, F.; ARAUJO FILHO, H. A.. Basic and Common Characteristics of Debris Flows, 2nd. Pan Am. Symposium and 2nd. COBRAE, Rio de Janeiro, Brazil, p , LEITE, M.L.; ADACHESKI, P.A.; VIRGENS, J.S. Análise da frequência e da intensidade das chuvas em Ponta Grossa, Estado do Paraná, no período entre 1954 e Acta Scientiarum. Technology. v. 33, n. 1, p , Maringá, SOUZA, W.M; AZEVEDO, P.V.; ARAÚJO, L.E. Classificação da Precipitação Diária e Impactos Decorrentes dos Desastres Associados às Chuvas na Cidade do Recife-PE. Revista Brasileira de Geografia Física, Vol. 02, p , TUCCI, C.E.M. Hidrologia: Ciência e Aplicação. 4 edição, Editora UFRGS, Porto Alegre, RS, Brasil, 943 p, Revista Técnico-Científica do Crea-PR - ISSN Ed. Especial Junho de página 14 de 14