15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

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1 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental CORRELAÇÃO QUANTITATIVA DA PRECIPITAÇÃO PLUVIOMÉTRICA E OCORRÊNCIA DE ESCORREGAMENTOS E CORRIDAS DE MASSA: COEFICIENTES DE ALERTA METEOROLÓGICO Ana Maria Carrascosa do Amaral 1 ; Fábio Augusto Gomes Vieira Reis²; Claudia Vanessa dos Santos Corrêa 1 ; Camila Jardinetti Chaves 1 ; Lucilia do Carmo Giordano 3 ; Gabriela Lumiatti 4 Resumo Os movimentos gravitacionais de massa são os processos geodinâmicos superficiais que mais afetam os municípios brasileiros, manifestando-se quase sempre nos períodos chuvosos, sendo a chuva um dos principais agentes de deflagração desses fenômenos. Muitos são os exemplos de estudos voltados à correlação entre pluviosidade e movimentos de massa em encostas, tanto no Brasil como no mundo afora. Esses estudos procuram entender a influência da quantidade de chuva no desencadeamento dos acidentes relacionados aos movimentos de massa. O monitoramento e a prevenção não evitam sua ocorrência, porém podem reduzir ou extinguir os danos materiais e as perdas de vidas decorrentes da ocorrência dos movimentos de massa. O presente trabalho tem como objetivo principal definir coeficiente de alerta meteorológico à ocorrência de escorregamentos e corridas de massa, conforme a região da Serra do Mar no Estado de São Paulo, por meio da correlação quantitativa da precipitação em estudos de retroanálise e simulação. Para a quantificação, serão levantados dados pluviométricos referentes às datas de acidentes ocorridos na área de estudo, assim como dados geológico-geotécnicos e de uso e cobertura da terra. Com a execução da pesquisa, espera-se obter uma base que sirva de subsídio para programas e projetos de prevenção, monitoramento e/ou mitigação dos processos de movimentos de massa na região da Serra do Mar. Palavras-chave - escorregamentos, corridas de massa, Serra do Mar, retroanálise, simulação. Abstract The gravitational mass movements are the surface geodynamic processes that most affect the Brazilian municipalities, manifesting themselves mostly in rainy periods, being the rain one of the main deflagration agents of these phenomena. There are many examples of correlation studies between rainfall and mass movements on slopes, both in Brazil and around the world. These studies aim to understand the influence of rainfall in triggering of accidents related to mass movements. The monitoring and prevention don t prevent their occurrence, but may reduce or extinguish the damage and loss of life resulting from the occurrence of mass movements. This study aims to define weather alert coefficient to the occurrence of landslides and debris flows, as the Serra do Mar region in the State of São Paulo, through the quantitative correlation of precipitation in back analysis and simulation studies. For the quantification, rainfall data will be raised concerning accidents dates occurring in the study area, as well as geological and geotechnical data and use and land cover. With the execution of the research, is expected to obtain a base which serves as subsidy for programs and projects to prevent, monitor and / or mitigate the mass movement processes in the Serra do Mar region. Keywords - landslides, debris flows, Serra do Mar, back analysis, simulation. 1 Pós-graduandas do Curso de Pós-Graduação em Geociências e Meio Ambiente, Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade Estadual Júlio de Mesquita Filho UNESP, campus de Rio Claro (SP), Avenida 24A, 1515 CEP: Rio Claro (SP); (19) ; ana.eng.ambiental@hotmail.com; claudiageobrax@yahoo.com.br ; camila.j.chaves@gmail.com. 2 Professor Assistente Doutor do Departamento de Geologia Aplicada, Instituto de Geociências e Ciências Exatas, UNESP, campus de Rio Claro (SP), Avenida 24A, 1515 CEP: Rio Claro (SP); (19) ; fabioreis@rc.unesp.br. 3 Ecóloga e Engenheira Ambiental. Doutora pela UNESP Rio Claro (SP); Avenida 24A, 1515 CEP: Rio Claro (SP); (19) ; lcg@ecogeologia.com.br. 4 Graduanda em Engenharia Ambiental UNESP Rio Claro (SP); Avenida 24 A, 1515 CEP: Rio Claro (SP); (11) ; gabi-lumiatti@hotmail.com 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

2 1. INTRODUÇÃO A contínua urbanização associada aos agentes do meio físico e ao ambiente tropical, característica de países como o Brasil, tem proporcionado situações de risco em encostas ocupadas de forma inadequada, gerando prejuízos, tanto no âmbito social, quanto econômico ou ambiental. Por este motivo, justifica-se a necessidade cada vez maior do reconhecimento e entendimento desses processos de risco para que possam ser evitados ou minimizados a partir da previsão de sua ocorrência. Dentre os perigos naturais que mais atingem a população brasileira, encontram-se os movimentos de massa gravitacionais. Segundo Leopold et al. (1964), os trópicos úmidos são considerados como uma das regiões onde as encostas estão mais sujeitas aos movimentos de massa gravitacionais. As grandes quantidades de chuva e a existência de espessos mantos de alteração são as condições ideais que promovem a ativação destes processos. (BIGARELLA e MEIS, 1965; MEIS e XAVIER DA SILVA, 1968; FERNANDES e AMARAL, 1996). Os movimentos de massa são fenômenos naturais que apesar de serem bastante estudados atualmente, a previsão de sua ocorrência é difícil, uma vez que possuem dinâmicas muito complexas, e mecanismos de ruptura diversos. Estes fenômenos fazem parte da dinâmica externa da superfície terrestre que interage com outros fatores intempéricos e modelam a paisagem. Além disso, esses movimentos podem ocorrer tanto nas encostas florestadas como em encostas desmatadas e/ou antropizadas (FERNANDES e AMARAL, 1996). A recorrência dos deslizamentos nas encostas, também chama a atenção, uma vez que estes fenômenos ocorrem frequentemente, porém não na mesma intensidade. A preocupação com os danos decorrentes dos movimentos de massa fez com que, a partir da década de 1990, a ONU (Organização das Nações Unidas) estabelecesse um programa que visa a transferência de tecnologia e informação para a mitigação de tragédias ocasionadas por este fenômeno. No Brasil, o Decreto Nº , de 1º de dezembro de 1997 redefine o Plano Preventivo de Defesa Civil - PPDC específico para escorregamentos nas encostas da Serra do Mar. Tal plano tem como objetivo principal dotar as Comissões Municipais de Defesa Civil - COMDEC de instrumentos de ação, de modo a reduzir perdas de vidas humanas e bens materiais decorrentes de escorregamentos e processos correlatos. O PPDC entra em operação anualmente, com a participação do Instituto Geológico (IG), a Defesa Civil Estadual e o IPT, e envolve o monitoramento dos índices pluviométricos e previsão meteorológica, vistorias de campo e atendimentos de emergência. O principal objetivo do PPDC é evitar a ocorrência de mortes, com a remoção preventiva e temporária da população em risco. No Brasil, vários pesquisadores se dedicaram a realizar correlações entre os movimentos de massa e os períodos chuvosos em que ocorreram, com a finalidade de identificar e estabelecer limites críticos de chuva acumulada para ocorrência de escorregamentos. Dentre esses trabalhos, destacam-se: Guidicini e Iwasa (1976), Tatizana et al. (1987), Cerri (1993) e D'orsi et al. (1997). Alguns trabalhos internacionalmente reconhecidos e utilizados até hoje que estabeleceram curvas críticas de chuva: Caine (1980), Cannon e Ellen (1985) e Wiekzorek (1987) (AHRENDT, 2005). Neste contexto, tendo em vista a importância do assunto e suas consequências, tal pesquisa objetivará contribuir para os avanços nessa linha de pesquisa, propondo uma metodologia que incorpore a atualização e/ou definição de índices para previsão de ocorrência de desastres. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. Relação entre precipitação e deslizamentos Segundo IPT (1988a), a chuva não se constitui propriamente em um condicionante do processo de escorregamento, mas sim, no seu principal agente deflagrador imediato. Segundo este trabalho, precipitações intensas podem interferir de três maneiras no Fator de Segurança (FS) ou coeficiente de segurança interno: 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 2

3 Diminuição da coesão e ângulo de atrito; Aumento do peso específico do solo; Formação de um nível d água (N.A.). No caso da Serra do Mar, na Baixada Santista, Wolle (1988) e IPT (1988b) descrevem que não há formação de N.A. rasos o suficiente para interferir no processo de deflagração dos escorregamentos translacionais. No entanto, na encosta, localmente pode ocorrer um meio mais permeável por cima de um meio menos permeável, criando condições para formação de um NA, mesmo que de curta duração. Neste caso, poderá haver o estabelecimento de linhas de fluxos paralelos à encosta, com o mesmo sentido da tensão cisalhante, além da tensão normal ser diminuída pela atuação da pressão neutra. Segundo Delmonaco et al. (1995), de forma geral, os movimentos de massa profundos estão relacionados com chuvas antecedentes acumuladas de vários dias, enquanto que movimentos de massa superficiais dependem mais da intensidade e da duração da chuva em períodos mais curtos. Para os mesmos autores, as ações das precipitações nas encostas são as seguintes: Diminuição da coesão aparente, eliminação das tensões capilares (ou poropressões negativas), dissolução da cimentação; Aumento do peso específico dos materiais que formam a encosta; Avanço da frente de saturação no maciço, provocando o desenvolvimento de poropressões positivas nos solos, subpressões nas descontinuidades rochosas e forças de percolação; Alteração do perfil da encosta por erosão dos materiais. Para Brand (1992), para solos com permeabilidade relativamente alta, o valor acumulado de chuva antecedente ao desencadeamento do processo de deslizamento não é tão importante quanto às chuvas de curta duração e grande intensidade. Para solos com baixa permeabilidade, a chuva antecedente acumulada apresenta grande importância (Bonuccelli, 1999). Para Tatizana et al. (1987): a distribuição de chuva é uma importante variável no ciclo hidrológico, com influências na taxa de saturação do solo e no desenvolvimento de fenômenos instantâneos, como desenvolvimento de linhas de fluxo, subpressão e erosão. (TATIZANA et al., 1987) Para classificação dos tipos de riscos, em geral é utilizada a nomenclatura de riscos iminentes, riscos de grau alto, médio grau e baixo grau. No entanto, alguns autores apresentam uma classificação própria em seus trabalhos, como Cerri (1992), que sugere a classificação de tipos de riscos em: Risco iminente (R-II ou R2): situação em que a monitoração da área não é possível, podendo ocorrer deslizamento a partir do registro de precipitação não necessariamente intensa; Alto risco (R-I ou R1): permite o acompanhamento da evolução do movimento geológico local, ocorrendo a ruptura somente no caso de precipitação horária intensa ou de longa duração; Isento de risco (IR). Guidicini e Iwasa (1976) estabelecem o uso do Coeficiente de Ciclo Móvel (CCM), que representa a porcentagem de precipitação acumulada até a data da ocorrência do escorregamento em relação à média pluviométrica anual e o coeficiente de episódio (relação entre a precipitação do episódio e a média anual). Esse coeficiente tem como função avaliar a precipitação de um período mais longo de tempo, o que possibilita prever com certa antecedência condições que poderão desencadear deslizamentos. De seus estudos em nove áreas, sete delas na região Sudeste, uma no Sul e uma no Nordeste, os autores concluíram que índices 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 3

4 pluviométricos acima de 250 mm a 300 mm diários são suficientes para o desencadeamento de movimentos de massa em, praticamente, qualquer situação, e que valores diários acima de 20% da média anual são favoráveis à deflagração de grandes eventos de escorregamentos (SOARES, 2006). CCM = Acumulado até a data do episódio Acumulado normal de chuva no mesmo período* *registros estatísticos do histórico de precipitação do posto mais próximo Diferentemente de Guidicini e Iwasa (1976), Tatizana et al. (1987) consideram a chuva acumulada de 4 dias como determinante para o processo de deslizamento, com base em seus estudos de deslizamentos realizados durante 30 anos na Serra do Mar, região de Cubatão. Tatizana et al. (1987) estabelece o Coeficiente de Precipitação Crítica (CPC), que mede a suscetibilidade de deslizamentos com a evolução da precipitação, sendo um índice adimensional. Para valores do CPC acima de 1,0 os escorregamentos ocorrem, ou seja, quando ultrapassam a envoltória dos escorregamentos, sendo a intensidade proporcional ao aumento do CPC. CPC = li, onde: lci li = intensidade horária (mm/h) registradas na hora i; lci = 2.603xAci -0,9333 = intensidade horária crítica para a ocorrência de deslizamentos induzidos; Aci = acumulado de chuva de 4 dias anteriores ao evento. Cerri (1993), com base nas propostas de Guidicini e Iwasa (1976) e Tatizana et al. (1987), estabelece valores de CPC para 4 tipos de deslizamentos: induzidos (CPC=1), esparsos (CPC=1,4), generalizados (CPC=2,1) e corridas de lama (CPC=4,1). Em seu estudo, Wolle e Carvalho (1989) mostram que a ação combinada da chuva precedente e da chuva intensa de curta duração é responsável pela ocorrência de movimentos de massa, pois, deste modo, a saturação da superfície ocorre de forma mais rápida, com maior velocidade de avanço da frente de saturação. Ide (2005) realizou um estudo de correlação entre escorregamento, meteorologia e precipitação no município de Campinas (SP). Em seu trabalho, propôs-se uma metodologia para investigações dos aspectos de meteorologia mais favoráveis para a deflagração dos movimentos de massa e da correlação entre chuva e escorregamento. A autora aplicou a metodologia em Campinas com dados de 1997 a 2004, tendo como resultado o valor de chuva antecedente de 50 mm em 7 dias. Porém, a própria autora achou o resultado insatisfatório. Então, os dados foram separados segundo a litologia local, apresentando resultados mais satisfatórios. O melhor resultado foi para 7 dias de chuva acumulada com 78 mm de precipitação Plano Preventivo de Defesa Civil: exemplo de aplicação de coeficientes meteorológicos O Decreto Nº , de 1º de dezembro de 1997, redefine o Plano Preventivo de Defesa Civil PPDC, específico para escorregamentos nas encostas da Serra do Mar no Estado de São Paulo. O Plano Preventivo abrange os Municípios de Cubatão, Guarujá, Santos e São Vicente, localizados na Baixada Santista, e Caraguatatuba, llhabela, São Sebastião e Ubatuba, localizados no Litoral Norte. O PPDC entra em operação anualmente, com a participação do Instituto Geológico (IG), a Defesa Civil Estadual e o IPT, e envolve o monitoramento dos índices pluviométricos e previsão meteorológica, vistorias de campo e atendimentos de emergência. O principal objetivo do PPDC é evitar a ocorrência de mortes, com a remoção preventiva e temporária da população em risco. A previsibilidade de condições de chuvas potenciais à ocorrência de escorregamentos está incorporada aos seguintes critérios: 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 4

5 Valor Acumulado de Chuvas VAC (válido para todos os municípios, exceto Cubatão): a partir desta constatação foram definidos valores acumulados de chuvas de 3 (três) dias, diferenciados para cada município, com base na condição pluviométrica que desencadeou os escorregamentos verificados no início de 1988 e em anos anteriores. Desta forma, para os Municípios de Santos, São Vicente e Guarujá adotou-se um acumulado de 100 mm, enquanto que para Caraguatatuba, Ilhabela, São Sebastião e Ubatuba adotou-se um acumulado de 120 mm. Coeficiente de Ciclo Móvel CCM (válido para todos os municípios, exceto Cubatão): indicador da anormalidade do período chuvoso. Para a definição do valor normal foi analisado o registro histórico de cada posto pluviométrico de referência e considerado para fins de monitoramento o valor de 1 (um). Assim, índices de CCM acima de 1,0 são considerados eventos mais chuvosos que o normal. Estudos de correlação do CCM para alguns casos de escorregamentos que já ocorreram na Região da Serra do Mar possibilitaram a determinação do valor do CCM maior ou igual a 1,2 como condição potencial à ocorrência de escorregamentos. Coeficiente de Precipitação Crítica CPC (válido somente para Cubatão): índice pluviométrico que mede a suscetibilidade a escorregamentos frente a eventos chuvosos, e que incorpora o papel das chuvas tanto como agente preparatório (chuvas acumuladas) quanto como agente de ação instantânea (chuvas horárias intensas). Para a definição dos valores do CPC foram tomados como referência, estudos do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S.A. - IPT, que reconheceram a importância de picos intensos de chuva precedidas por um acumulado pluviométrico. Assim, adotaram-se os valores de CPC 0,5, 1,0 e 1,4, para a deflagração dos diferentes níveis do Plano. 3. ETAPAS DA PESQUISA 3.1. Levantamento bibliográfico A primeira etapa consistirá no levantamento das principais publicações acerca do tema da pesquisa. Serão definidas palavras-chave, em inglês e português, para a execução do levantamento bibliográfico em bases de dados online. Serão pesquisados artigos nacionais e internacionais, assim como teses e dissertações. As palavras chave preliminarmente selecionadas foram: deslizamentos, corridas de massa, Serra do Mar, retroanálise, coeficientes de alerda e índices de alerta. Algumas bases de dados que serão utilizadas: Athena (UNESP) Acervo Geral; Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UNESP; USP; UERJ; UFRJ; Biblioteca Digital Brasileira de Teses e Dissertações do Ministério da Ciência e Tecnologia; Portal de periódicos da Capes; Scientific Electronic Library Online (Scielo); GeoScienceWorld e Scopus Seleção de áreas para retroanálise Nessa etapa, serão selecionados e descritos os eventos extremos ocorridos na Serra do Mar no estado de São Paulo. Alguns potenciais eventos que poderão ser selecionados são: Caraguatatuba em 1967 e Cubatão em 1994, 1996 e A princípio, serão selecionados dois eventos de escorregamentos e dois eventos de corridas de massa. Um critério para escolha dessas áreas será a disponibilidade de dados pluviométricos, de imagens de satélite e de dados geológico-geotécnicos da época do acidente. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 5

6 3.3. Definição e caracterização dos coeficientes de alerta existentes e Escolha dos coeficientes mais indicados Será feita uma pesquisa dos coeficientes para alerta de movimentos de massa que existem no Brasil e no mundo, como, por exemplo, o Coeficiente de Ciclo Móvel e Coeficiente de Precipitação Crítica. Preliminarmente, foram definidos esses dois coeficientes, contudo, essa etapa será realizada para verificar se existem outros coeficientes para serem aplicados no caso da pesquisa Realização dos estudos de retroanálise na área com os eventos históricos escolhidos Para essa etapa, serão coletados dados pluviométricos de postos existentes na área. Esses dados poderão ser fornecidos pela Petrobrás ou então serão coletados em banco de dados disponíveis online, como no site do DAEE. Também serão analisados dados geológicogeotécnicos e de uso e cobertura do solo da época dos eventos para a elaboração da retroanálise. Os dados geológico-geotécnicos serão pesquisados junto ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), por meio de levantamentos de relatórios da época, se disponíveis. A análise de uso e cobertura da terra será feita por meio da classificação de imagens de satélite selecionadas da área de estudo na época do acidente, de preferência de alguns meses anteriores. Segundo Augusto Filho e Virgili (1998), a retroanálise é uma das ferramentas mais úteis para a compreensão dos mecanismos que levaram à ocorrência de processos de escorregamentos (HOEK, 1972) Definição dos coeficientes que apresentaram resultados melhores processos eventos analisados Essa etapa dependerá dos resultados da retroanálise e ainda não foram definidos os parâmetros que farão com que certo coeficiente seja mais eficiente que outro Modelagem considerando precipitações dos eventos extremos com o cenário atual de ocupação Nesta etapa, será feita uma modelagem considerando a precipitação crítica que ocorreu nas datas de tragédias com o cenário atual em que se encontram as áreas selecionadas. Para isso, serão utilizados softwares específicos de simulação que utilizam dados de chuva em seu algoritmo, como é o caso do FLO-2D e ShalStab. Ressalta-se que será feito um levantamento dos softwares disponíveis e a verificação de suas funções para selecionar o mais adequado para o caso da pesquisa Proposição do coeficiente mais adequado a ser usado conforme a região da Serra do Mar. Por fim, será proposto o coeficiente mais adequado para utilização como alerta de ocorrência de movimentos de massa (escorregamentos e corridas de massa). Também será feita a discussão dos resultados obtidos em todas as etapas, de modo a avaliar se o método foi eficiente para se alcançar o objetivo proposto, observando sua exequibilidade e a proposição de novas etapas ou a utilização de outros métodos. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 6

7 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS A temática da pesquisa se insere no contexto da importância da previsão e prevenção da ocorrência de processos de dinâmica superficiais que causam danos à população, como é o caso de deslizamentos e corridas de massa. Sendo a chuva o principal agente deflagrador desses processos, principalmente no Brasil, por ser um país tropical, a definição de índices ou coeficientes pluviométricos que auxiliem na previsão e prevenção de danos causados por esses processos se torna imprescindível para garantir a segurança da população. Para tal, é de extrema importância a existência de redes pluviométricas cadastradas para a disponibilização de dados. No Brasil, temos a rede pluviométrica do Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE), que mantém um registro diário de índices de chuvas e nível dos principais rios do estado desde a década de A rede possui atualmente 830 postos de monitoramento em todo o estado de São Paulo, incluindo 600 postos de monitoramento pluviométricos, que medem os níveis de chuva. Nessa pesquisa, a princípio, serão utilizados os dados da rede do DAEE, que estão disponíveis gratuitamente. Assim, também como resultado dessa pesquisa, pretende-se analisar e discutir a abrangência dessa rede pluviométrica, ou de alguma outra que será utilizada, e a eficiência para sua utilização nesse tipo de estudo. REFERÊNCIAS AHRENDT, A. Movimentos de massa gravitacionais proposta de um sistema de previsão: aplicação na área urbana de Campos de Jordão SP. Tese de Doutoramento, Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos AUGUSTO FILHO, O.; VIRGILI, J. C. Estabilidade de Taludes. In: Editor Geral et al. Geologia de Engenharia. São Paulo ABGE. Cap. 25, p São Paulo BIGARELLA, J. J.; MEIS, M. R. M. Considerações a respeito dos terraços fluviais, rampas de colúvios e várzeas. Boletim Paranaense de Geografia, Curitiba, n. 16/17, p , BONUCCELLI, T. Estudos dos movimentos gravitacionais de massa e processos correlatos da área urbana de Ouro Preto / MG. Tese de Doutoramento em Engenharia Civil: Área de Geotecnia. USP / São Carlos BRAND, E.W. Slope Instability in Tropical Areas. Keynote paper. Proc. 6th Intenational Symposium Landslides. Christchurch, New Zealand, vol.3, p BRASIL. Decreto Nº , de 1º de dezembro de 1997, Brasília, CAINE, N. The Rainfall Intensity-Duration Control of Shallow Landslides and Debris-Flows. Geografiska Annaler, v 63 A, p CANNON, S H.; ELLEN, S. Abundant debris avalanches: San Francisco Bay region, California. California Geology, p CARVALHO, C. S. Estudo da infiltração em encostas de solos insaturados na Serra do Mar. Dissertação de Mestrado Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo CERRI, L. E. S. Riscos geológicos associados a escorregamentos: uma proposta para prevenção de acidentes. Tese de Doutoramento, UNESP, Rio Claro, SP, 197 p DELMONACO, G.; IPPOLITO, F.; MARGOTTINI, C. The CEC Project. Meteorological Factors influencing slope stability and slope movement type: evaluation of hazard prone areas. Proc. 1st Review Meeting of Hydrological and Hidrogeological Risks. Brussels, p , editado por R. Casale, Official Publications of European Comunities. Bruxelas º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 7

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