15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DA FAVELA BELA VISTA DA PICHUNA, ILHA DO GOVERNADOR, RIO DE JANEIRO/RJ, E PROPOSTA DE MITIGAÇÃO DO RISCO EXISTENTE Marcela Tuler Castelo Branco 1 ; Raquel Batista Medeiros da Fonseca 2 ; Luiz José R. O. Brandão da Silva 3 ; Resumo A ocupação de praças de exploração e cristas de pedreiras desativadas, não raro, resultam na instalação de uma situação relevante do risco geológico. A comunidade Bela Vista da Pichuna, na Ilha do Governador, apresenta duas áreas de pedreira desativadas (uma a leste e a outra a oeste) indevidamente ocupadas. Esta favela, em conjunto com as demais da Ilha do Governador, foi mapeada com o intuito de diagnosticar e classificar o risco. Adicionalmente, foi realizada a análise cinemática da pedreira leste e do alcance de eventual desprendimento de blocos de rocha em ambas as pedreiras. Essas análises foram efetuadas nas áreas de alto risco, que coincidem com a área de influência das pedreiras existentes, onde se verificou, na área leste, a possibilidade de escorregamentos planares e em cunha, bem como tombamento de blocos rochosos. A queda de blocos não condicionada ao sistema de fraturamento é esperada nas duas pedreiras. Já a análise de alcance de eventuais quedas de blocos, estimou a distância mínima de afastamento de 25 m e 21 m para as pedreiras leste e oeste, respectivamente. Sendo assim, para a mitigação do risco propõe-se a remoção das moradias localizadas dentro desses limites e, conjuntamente, a instalação de barreiras de impacto e delimitadores de área de risco. Palavras-Chave Mapeamento de Risco; Análise cinemática; Mitigação de risco. Abstract Disabled quarry areas occupied, often result in a relevant geological risk. The Bela Vista Pichuna slum, in Ilha do Governador, has two disabled quarry areas (east and west sides) unduly occupied. This slum was mapped to risk assessment. Additionally, kinematic analysis of the east quarry and an estimate of the reach falling rocks were made in both quarries. These analyzes were carried out in high-risk areas, and concluded that the eastern area, planar slidings, wedge and toppling failures are possible. In both quarries falling rocks without weakness planes influence are expected. The reach falling rock analysis estimated that a minimum safe distance spacing of 25 m and 21 m to the east and west quarries, respectively. Therefore, the risk mitigation involves removing homes within these limits and rockfall barriers and risk area fences installation. Key Words Risk mapping; Kinematic analysis; Risk mitigation. 1 2 3 Geól., Fundação GEO-RIO, (21) 3878-0427, tulermarcela@gmail.com Geól., MSc, Fundação GEO-RIO, (21) 3878-0427, raquelbmfonseca@gmail.com Geól., MSc, Fundação GEO-RIO, (21) 3878-0427, ljsilva.georio@gmail.com 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1
1. INTRODUÇÃO O uso de áreas de pedreiras desativadas para fins habitacionais, principalmente nas praças de exploração, é um problema a ser enfrentado pelo poder público, cuja solução sempre implica em um alto custo, especialmente quando se procura minimizar ao máximo a retirada das moradias. Esse problema não atinge exclusivamente a população de menor poder aquisitivo que, em geral, toma posse de áreas abandonadas, mas também condomínios de classe média alta que se instalaram legalmente e tiveram sua ocupação autorizada (Brandão da Silva et al, 2011). O presente trabalho apresenta uma caracterização geológico-geotécnica da comunidade Bela Vista da Pichuna, Ilha do Governador, Rio de Janeiro/RJ. O mapeamento desta comunidade desenvolveu-se a partir de solicitações de avaliações de risco específicos, que resultaram na análise cinemática dos taludes rochosos com simulação de alcance de blocos, formando a base da análise de risco do local. A partir dos resultados destas análises geraram-se propostas de medidas de mitigação do risco na localidade. O mapeamento seguiu metodologia vigente da GEORIO, que consiste em identificar áreas ou pontos que, além da suscetibilidade natural, configurem situações de risco instalado, para, após a análise das informações de campo, hierarquizar o risco em classes. Este projeto visa à continuidade ao programa de redução do risco na cidade do Rio de Janeiro, iniciada emergencialmente no ano de 2010, e que havia contemplado as comunidades no entorno do Maciço da Tijuca, além das favelas que integram os Complexos do Alemão e Penha. O presente trabalho é parte do produto final desse programa, que vem sendo conduzido pela Gerência de Geologia da Diretoria de Projetos da Fundação GEO RIO. 2. CARACTERÍSTICAS GEOMORFOLÓGICAS, GEOLÓGICAS E GEOTÉCNICAS Segundo o mapa de unidades geomorfológicas do CPRM (2000), a Ilha do Governador pertence à unidade geomorfológica identificada como Baixada da Baía de Guanabara, caracterizada pela presença de áreas de acumulação de depósitos flúvio-marinhos que preenchem o recôncavo dessa baía. A feição morfológica dominante nessa unidade consiste nas planícies colúvio-aluviais, que recobrem grandes áreas da Baixada Fluminense e das zonas norte e oeste da cidade do Rio de Janeiro. Verifica-se na região da Ilha do Governador um relevo de colinas e morros isolados. Tais morfologias têm sua gênese em gnaisses, granitóides e granodioritos situados nas proximidades da Baía de Guanabara. A área de estudo e seu entorno encontra-se inserida na Unidade Santo Aleixo, sub-unidade Freguesia, DRM/GEOMITEC (1981), que é constituída por migmatito granito cinza rosado, com granulação grosseira, homogêneo, foliação incipiente dada pelo subparalelismo dos cristais de biotita, que juntamente com quartzo, feldspato potássico e plagioclásios, compõe a assembléia mineralógica principal da rocha. O mapeamento geológico-geotécnico analisa de forma conjunta o comportamento e as propriedades das rochas e dos solos (características geotécnicas) e sua gênese (características geológicas), isto é, reúne um determinado número de informações e análises extensivas para toda a área estudada e orientadas pela base geológica. Desta forma, pode reunir os subsídios do meio físico geológico, tanto para o planejamento da ocupação futura, quanto para a correção dos problemas de natureza geológico-geotécnica instalados nos núcleos urbanos (Zaine, 2000). 3. METODOLOGIA Para o desenvolvimento do presente estudo, inicialmente foi feita uma análise de todos os mapas de base que integram o Mapa de Susceptibilidade ao Escorregamento, sendo eles: declividade, geomorfologia e geológico-geotécnico. Os mapas foram sobrepostos às ortofotos correspondentes dos locais mapeados. Trechos com declividades acentuadas e feições geomorfológicas desfavoráveis foram identificados e se constituíram em áreas de inspeção obrigatória para caracterização do risco geológico local. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 2
De acordo com a metodologia de mapeamento utilizada pela GEO RIO, o risco geológico é hierarquizado em três classes: alto, médio e baixo, indicando-se o tipo de movimento de massa que pode ocorrer em cada trecho da encosta. As áreas de alto risco são aquelas com possibilidade evidente de ocorrência de acidente com danos à vida ou a bens públicos/privados, que pode ser deflagrado em período chuvoso forte de recorrência anual ou ainda sob condições de grande variação térmica, e abrange um certo número de casas. Já nas áreas de baixo risco a possibilidade de ocorrência de um acidente com danos à vida ou a bens é reduzida ou praticamente inexistente, considerando as mesmas condições climatológicas anteriormente citadas. Nestes locais, em geral, a ocupação tem melhor grau de ordenação e as características geológico-geotécnicas são mais favoráveis, ou mesmo se trata de um local já contemplado por obras de contenção ou drenagem que mitigou a situação de risco existente. As áreas de médio risco são aquelas em que, geralmente, a avaliação do risco situa-se entre os dois extremos descritos anteriormente, mantidas as mesmas condições climatológicas. Neste caso, caracterizam-se pela existência de moradias que não mantêm o afastamento necessário a sua segurança. Ressalta-se que sob condições climatológicas anormais e muito acima das médias históricas, até mesmo áreas consideradas como de baixo risco podem vir a ser afetadas por eventos pluviométricos extremos, e ter ocorrências de deslizamentos e danos significativos. A cartografia de risco valeu-se do resultado da análise cinemática das descontinuidades da maior pedreira e da verificação do alcance de queda de blocos com software específico nas faces das pedreiras da comunidade da Bela Vista da Pichuna. 4. RESULTADOS 4.1. Análise Cinemática Nas vistorias realizadas na pedreira leste, foram obtidas diversas medidas de direções de descontinuidades. Com isso, foi possível determinar estatisticamente, através da contagem dos pólos dos planos, quatro principais famílias de fraturas com as seguintes direções de mergulho: família 1-192/64º (de maior predominância no maciço, sendo observada em toda a sua extensão.), família 2-036/87º, família 3-125/75º e família 4-093/80º. A análise cinemática para escorregamentos planares, em cunha e tombamento foi realizada considerando a orientação de cada face da pedreira, que tem forma e anfiteatro (figura 1), segundo o critério de Goodman (1989). As rupturas possíveis só ocorrerão se o ângulo de inclinação da descontinuidade for inferior à do talude e maior que o valor ângulo de atrito básico da rocha, adotando-se para este caso o ângulo de 35º, com base nos estudos de Brandão da Silva (1995). Figura 1. Compartimentação da face da pedreira leste. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 3
A partir dos estereogramas gerados, cada setor foi analisado individualmente, obtendo-se: Setor 1: com face orientada segundo a direção 030/80º, de acordo com os critérios citados, o talude mostrou-se estável para escorregamentos planares ou em cunha. Entretanto, há possibilidade de tombamento de blocos induzido pela descontinuidade de direção 192/64º. Setor 2: com a face orientada segundo a direção 140/80º, podem ocorrer escorregamentos planares, condicionados pelas famílias 192/64º e 125/75º, e em cunhas, pela interseção das principais famílias. O talude foi considerado estável para tombamento de blocos. Setor 3: tem a maior área e face orientada segundo a direção 180/80º, onde se verificou a possibilidade de escorregamento planar condicionado pela família 192/64º e escorregamentos cunha, pela interseção das famílias 192/64º, 125/75º e 093/80º. Quanto ao tombamento de blocos, o talude foi considerado estável. Setor 4: tem face voltada para a direção 220/80º, no qual se verificou a possibilidade de escorregamento planar condicionado pela família 192/64º, escorregamentos em cunha pela interseção das famílias, 125/75º, 192/64º e 093/80º.e também a possibilidade de tombamento de blocos induzido pela descontinuidade de direção 036/87º. A análise cinemática para as descontinuidades foi realizada apenas na pedreira leste, pois não foi possível obter as medidas de direções das fraturas na pedreira oeste, devido à presença de vegetação que se projetava sobre a face da pedreira encobrindo a face do talude (figura 2). Figura 2. Vista da face do talude que corresponde à pedreira na porção centro-oeste. 4.2. Caracterização do Risco Segundo Cerri (1993), a expressão que melhor representa o conceito de Risco Geológico corresponde ao produto entre a possibilidade de ocorrência de um movimento gravitacional de massa e as eventuais consequências ou sociais e/ou econômicas (R = P x C). Com base nessa definição foram identificados três setores de alto risco localizados na extremidade leste e na porção centro oeste da comunidade. Em ambas o risco está associado à ocupação de frentes de pedreiras. Na primeira área, os tipos de movimento possíveis são escorregamentos planares, queda de blocos e tombamentos. Na outra área não foi possível realizar um levantamento estrutural e, com base no histórico de ocorrências e das evidências de campo (figura 3), admitiu-se apenas a possibilidade de queda de blocos de até 0,5 m³. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 4
Figura 3. Blocos desprendidos do talude e as casas muito próximas da escarpa rochosa. Na pedreira a leste da comunidade, as análises de risco baseadas na simulação de alcance dos blocos desprendidos do talude foram realizadas em todos os setores. Nos setores 1 e 2, verificou-se a presença de lixo e esgoto oriundos das casas localizadas na crista da pedreira. Os blocos de rocha observados variam de 0,5 a 3 m³ de volume e existe um bloco em negativo com casa assentada sobre ele. A distância verificada entre as moradias e o maciço varia de menos de 1 a 1,5 m (figura 4). Na simulação do alcance da queda de blocos com software específico, verificou-se que 95% dos blocos desprendidos atingem de 3 até 10 metros da base da pedreira, conforme pode ser observado na figura 5. Figura 4. À esquerda observa-se um bloco em negativo com casa sobre o mesmo na crista da escarpa, localizado no setor 1. À direita, blocos e lascas potencialmente instáveis. Notar distância da casa à escarpa no setor 2. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 5
Figura 5. À esquerda, a simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 1. À direita, a simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 2. Na face central da pedreira (setor 3), foram constatados blocos e lascas de tamanhos variados (entre 0,5 e 3m³), tanto na escarpa como no terreno de uma moradia. Este muro encontra-se a uma distância máxima de 1 m do talude rochoso e as casas distam de 6 a 7 metros da base da escarpa (figura 6). Simulando o alcance de queda de blocos, verificou-se que 95% dos blocos desprendidos atingem até 23 metros da base da pedreira (figura 7). Figura 6. À esquerda, vista geral da escarpa rochosa do setor 3. À direita, observa-se blocos provenientes de escorregamentos pretéritos próximos às casas. Figura 7. Simulação de alcance de blocos desprendidos da escarpa do setor 3. No setor 4 desta pedreira foram observados blocos variando entre 1,0 a 3,0 m³, além de lascas parcialmente desprendidas. A distância entre as casas e o maciço varia de 2,0 a 4,0 m. Foram observados alguns blocos soltos na base do talude, provenientes de escorregamentos pretéritos. Esses blocos apresentam tamanhos que variam de matacão a blocos de 1 m³ (figura 8). A análise de alcance de queda de blocos mostrou que 95% dos blocos desprendidos atingem até 20 metros da base da pedreira (figura 9). 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 6
Figura 8. À esquerda, vista geral do setor 4 e a proximidade das casas. À direita, observam-se blocos e lascas individualizados por planos de fratura bem marcados. Figura 9. 95% dos blocos desprendidos atingem até 20 metros da base da pedreira no setor 4. Diante das características anteriormente expostas, pode-se considerar que as casas situadas a uma distância de até 25 metros da base da escarpa estão inseridas numa área de alto risco geológico, assim como as casas situadas na crista da escarpa. As casas situadas na área de fronteira ao possível atingimento por esses movimentos de massa foram classificadas de médio risco. Na pedreira oeste, foram elaboradas 8 seções topográficas, mas foram analisadas somente as duas seções consideradas mais representativas (C e H), nas quais foi realizada a simulação de queda e análise de medidas mitigadoras (figura 10). Figura 10. Seções topográficas ao longo da pedreira oeste. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 7
As seções escolhidas refletem a diversidade da encosta analisada: escarpa rochosa subvertical (seção C) e encosta rochosa com cerca de 50º de inclinação (seção H). Pelos materiais existentes verificados na inspeção de campo, considerou-se a base da encosta constituída por tálus, para fins de simulação. Como não havia uma perfeita visualização da face da pedreira, admitiu-se que o volume potencialmente instável seria de 1 m³ (figura 10). O programa utilizado simulou 2000 quedas de bloco com essas características para cada seção, permitindo também a simulação de instalação de barreira contra impacto. Sem nenhum obstáculo, o alcance médio dos blocos é da ordem de 20 metros da base da escarpa, conforme observado na figura 11. Com a colocação de barreiras de impacto de 100 e 300 kj nas seções C e H, os blocos ficam retidos próximos à face da pedreira. Mesmo com a instalação de barreiras, serão necessárias remoções de moradias, mas em um número bem inferior àquelas sem instalação de nenhuma estrutura. Figura 11. À esquerda, alcance dos blocos na seção C: máximo de 19 m. Trajetória de bloco de até 1m³, destacando-se da crista da escarpa, sem qualquer barreira. À direita, alcance dos blocos na seção H: máximo de 21 m. 4.3. Mapeamento de Risco Geológico As cotas topográficas variam de 15 a 70 metros. Nesta comunidade, há poucos lugares de exposição do solo, sendo observado um grande adensamento de casas. Foram identificados sete pontos durante o mapeamento de risco geológico geotécnico, dos quais seis pontos foram definidos como de alto risco geológico geotécnico, sendo estes pontos associados às pedreiras desativadas existentes na região. Na ocorrência de um movimento de massa nessas áreas, os tipos prováveis de ocorrerem seriam escorregamento de solo, escorregamento de lixo, queda e tombamento de blocos. No único ponto de baixo risco mapeado observa-se obra de contenção (concreto projetado com escadaria de acesso), que mitigou o risco anteriormente existente. No mapeamento constatou-se que os processos geodinâmicos mais relevantes da favela se concentram no entorno das áreas das pedreiras desativadas. A partir disto foi realizada uma análise mais detalhada desses setores. Na pedreira a leste da comunidade, pode-se observar um conjunto de casas que se encontram na crista do talude (setor 2, figura 4), bem próxima à beira da mesma, além de moradias localizadas na antiga praça de exploração. Na praça da pedreira, desenvolveu-se um loteamento irregular de média densidade ocupacional. No local existem moradias implantadas próximo à face rochosa, em alguns pontos a distância entre a residência e o talude é inferior a 1m, chegando ao máximo de 10m de afastamento. O local possui histórico de escorregamentos, que até o momento não causaram grandes danos aos moradores. Esta pedreira é composta por quatro frentes de exploração verticalizadas, com desnível máximo de 40 metros. As mesmas apresentam casas situadas muito próximas das suas bases, constituindo setores distintos, já ilustrados na figura 2. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 8
O maciço em geral, apresenta rocha sã, com exceção da porção leste da pedreira (setor 4, figura 1), onde se encontra pouco alterada. As fraturas apresentam espaçamento de até 1 metro entre si. A distância entre as paredes das descontinuidades é milimétrica e a rugosidade observada nas fraturas abertas é do tipo plana lisa/ recortada lisa. De um modo geral, não foi observado preenchimento nas fraturas e nem surgências no maciço. Entretanto, no setor 2 evidenciou-se a presença de água servida sendo despejada das casas localizadas na crista do talude. Foram observadas fraturas tectônicas e de alívio, que individualizam blocos com volumes de até 3 m³ em alguns setores. A combinação dessas descontinuidades propicia a ocorrência de escorregamentos planares, em cunha ou por tombamento. A camada de solo observada na pedreira encontra-se restrita a parte superior da mesma, com horizonte delgado. No setor 4, verificou-se que a camada de solo possui espessura de até 1 metro. Além disso, nesta mesma seção observou-se a presença de material terroso na face da pedreira, associada à alteração da rocha. Na escarpa rochosa subvertical com altura superior a 20 metros, da porção centro-oeste, recoberta por plantas trepadeiras, há relatos de quedas de blocos rochosos pelos moradores, caracterizando o maior risco para o local. Os fragmentos de rocha observados na base do talude, tem cerca de 0,5 m³ de volume. Um considerável número de casas está situado a menos de 6 metros da face do talude. 12). A partir de todas as análises foi gerado o mapa de risco da Bela Vista da Pichuna (figura Figura 12. Mapa de risco da Comunidade Bela Vista da Pichuna. 5. CONCLUSÕES A ocupação indevida, de cristas e praças de pedreiras desativadas, leva invariavelmente à instalação do risco geológico. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 9
O uso de instrumentos de análise cinemática a partir das descontinuidades existentes nos maciços, bem como na avaliação de alcance de blocos desprendidos de faces rochosas, mostrouse uma ferramenta auxiliar importante para a cartografia de setores de risco associados à ocupação de áreas de pedreiras desativadas. Na pedreira leste, as moradias em alto risco situam-se a menos de 25 metros da base da escarpa, assim como as casas que estão construídas na crista do talude nos setores 1 e 2. A mitigação desta passa pela remoção dessas moradias, bem como da instalação de uma estrutura de impacto na antiga praça de exploração da pedreira, cujas características e locação deverão ser definidas em projeto executivo. Na frente da referida estrutura deverá ser instalado um delimitador de área de risco e non aedificandi distando 25 metros da base da pedreira, a partir do qual se situarão as casas remanescentes. Estrutura delimitadora semelhante deverá ser instalada na crista da pedreira (à montante dos setores 1 e 2), no local onde serão removidas as casas, para evitar que a mesma área volte a ser reocupada. Já na pedreira oeste, a análise do alcance de blocos mostrou que área de alto risco é uma faixa a frente da face da pedreira, com 21 metros de largura contados a partir da base da escarpa. A mitigação do risco passa pela remoção das moradias situadas nesse perímetro, ou, com a instalação de estruturas de impacto, reduz-se o número de moradias a serem relocadas restringindo-se a uma faixa de aproximadamente 8 metros da base da escarpa, já considerando uma faixa de segurança de 5 metros que deve permanecer livre na frente do muro. A prevenção da instalação de situações de alto risco desse tipo, através de uma fiscalização mais eficaz que evite a ocupação, seria a melhor solução para minimizar o risco geológico, ainda mais se considerarmos o número de pedreiras desativadas existentes no município do Rio de Janeiro. Lamentavelmente, um grande número dessas pedreiras já se encontra indevidamente ocupada, transferindo o ônus da solução de um problema de alta complexidade ao poder público, pois envolve não somente o risco geológico, mas também a questão habitacional. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BRANDÃO DA SILVA, L. J. R. O., BARROS, W. T., SILVA E. E., MENDONÇA, J. A. F, PAES, N. M., BERGMAN M., GOULART, C. T. E COUTINHO N. M. (2011). Acidente no Condomínio da Rua Engenheiro Gama Lobo, 650, Rio de Janeiro: Investigações Geológicas Geotécnicas para a Mitigação do Risco a Acidentes Geológicos. 13º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia, São Paulo. CD-ROM. BRANDÃO DA SILVA, L. J. R. O.(1995) A resistência ao Cisalhamento de Juntas de Alívio em Leptinito do Município do Rio de Janeiro. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós - Graduação em Geologia, UFRJ, Rio de Janeiro. 200 p. CERRI, L.E.S.(1993) Riscos geológicos associados à escorregamentos: uma proposta metodológica para a prevenção de acidentes. Tese de Doutoramento - Instituto de Geociências e Ciências Exatas, UNESP Campus de Rio Claro/ SP, 198 f. CPRM (2000) Mapa de unidades geomorfológicas do Estado do Rio de Janeiro, escala 1:250.000. Ministério de Minas e Energias, Brasília. DRM/GEOMITEC (1981). Projeto Carta Geológica do Estado do Rio de Janeiro Mapa Geológico da Folha Baía de Guanabara. GOODMAN, R. E., Introduction to Rock Mechanics. New York, Willey, 1989, 562 p. ZAINE, J.E (2000) Mapeamento geológico-geotécnico por meio do método do detalhamento progressivo: ensaio de aplicação na área urbana do munícipio de Rio Claro (SP). Tese de Doutorado Instituto de Geociências e Ciências Exatas, UNESP Campus de Rio Claro / SP, 149 f. 15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1