modelagem espacial dinâmica aplicada ao estudo de movimentos de massa em uma região da ...

302 Pages·2007·8.48 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA
Instituto de Geociências e Ciências Exatas
Campus de Rio Claro
MODELAGEM ESPACIAL DINÂMICA APLICADA AO ESTUDO
DE MOVIMENTOS DE MASSA EM UMA REGIÃO DA SERRA
DO MAR PAULISTA, NA ESCALA DE 1:10.000
Eymar Silva Sampaio Lopes
Orientadora: Profa.Dra. Paulina Setti Riedel
Tese de Doutorado elaborada junto ao
Curso de Pós-Graduação em Geociências e Meio Ambiente
- Área de Concentração em Geociências e Meio Ambiente,
para obtenção do Título de Doutor em
Geociências e Meio Ambiente.
Rio Claro (SP)
2006
Acompanha CDROM
624.151 Lopes, Eymar Silva Sampaio
L864m Modelagem espacial dinâmica aplicada ao estudo de mo-
vimentos de massa em uma região da Serra do Mar Paulista,
na escala de 1:10.000 / Eymar Silva Sampaio Lopes. –
Rio Claro : [s.n.], 2006
276 f. : il., figs., gráfs., tabs., quadros, fots., mapas
Tese (doutorado) – Universidade Estadual Paulista, Insti-
tuto de Geociências e Ciências Exatas
Orientador: Paulina Setti Riedel
1. Geologia de engenharia. 2. Escorregamentos. 3. Corri-
das de massa. 4. Simulação. 5. SIG. 6. Cubatão. I. Título.
Ficha Catalográfica elaborada pela STATI – Biblioteca da UNESP
Campus de Rio Claro/SP
ii
Comissão Examinadora
Profa. Dra. Paulina Setti Riedel - UNESP – RC
Prof. Dr. Nelson Ferreira Fernandes - UFRJ
Prof. Dr. Antonio Miguel Vieira Monteiro - INPE
Profa. Dra. Ana Paula Dutra Aguiar - INPE
Prof. Dr. Leandro Eugenio Silva Cerri - UNESP - RC
Eymar Silva Sampaio Lopes
- aluno -
Rio Claro, 10 de novembro de 2006
Resultado: Aprovado com distinção
iii
Dedico esse trabalho às três
mulheres de minha vida – Ornella, Amanda e Helena
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A G R A D E C I M E N T O S
À minha orientadora, Prof. Dra. Paulina Setti Riedel, pela dedicação em todas
etapas do trabalho e confiança depositada durante nosso convívio. Por proporcionar
auxílio técnico e recursos de campo através do projeto “Avaliação de produtos de
sensoriamento remoto e técnicas de processamento digital como contribuição ao
monitoramento dos movimentos de massa na região de Cubatão, SP” financiado
pela PRETROBRÁS.
Ao Prof. Dr. José Eduardo Zaine do DGA-UNESP e a pesquisadora Dr. Teresa
Gallotti Florenzano da DSR-INPE pelas sugestões e participação no exame de
qualificação.
Ao estimado Gilberto Câmara pelo apoio junto a FUNCATE ao proporcionar
cópias das fotografias aéreas do vôo realizado pelo INPE em 1985 e viatura para
trabalho de campo.
Ao Antônio Miguel da DPI-INPE por sempre acreditar no meu trabalho. Aos
colegas da equipe da DPI, em especial ao Guaraci pelo pronto atendimento no
desenvolvimento de uma rotina utilizada nesta pesquisa. Aos colegas Carlos, Rosa,
Anderson, Mary e Missae por sempre atenderem às minhas solicitações em
problemas e sugestões de melhoria em nosso sistema de geoprocessamento e ao
Júlio César Lima d´Alge nosso cartógrafo de plantão que sempre me orientou nas
questões de integração de dados.
Ao amigo Laércio que esteve sempre disposto a resolver questões
relacionadas ao sistema de modelagem dinâmica, durante seu doutorado na
Universidade de Búfalo - EUA.
Ao Instituto Geográfico e Cartográfico - IGC pelo empréstimo das fotografias
aéreas realizadas pela Terra Foto em 1986.
Aos estagiários do laboratório de geoprocessamento da UNESP, Paula,
Mateus, Samia, João e Eder com apoio em várias etapas na manipulação dos dados,
assim como do apoio técnico da Darlene que sempre esteve disposta a colaborar.
A amiga Alessandra Gomes pela partilha dos bits que ajudaram demais na
fase final do trabalho, assim como pelo alto astral que proporciona no laboratório.
Aos amigos Alessandra Corsi, Marcelo Gramani e Fabio Magalhães da Divisão
de Geologia – DIGEO do Instituto de Pesquisas Tecnológicas- IPT, pelo apoio na
aquisição de relatórios técnicos e troca de informações.
v
Resumo
Um modelo dinâmico com características friccionais, que utiliza como
(cid:73) (cid:73)
parâmetros básicos o ângulo de atrito interno do material ( int) e basal ( bed)
com a superfície onde ocorre o movimento, foi calibrado e aplicado com
objetivo de simular as mesmas condições em que ocorreram corridas de
massa nos anos de 1985, 1994 e 1999, em três bacias da Serra do Mar, na
região de Cubatão (SP-Brasil), na escala 1:10.000. Um modelo estático de
estabilidade por talude infinito, definido através do índice de estabilidade
(SI), foi aplicado para subsidiar o estudo de áreas com potencial aos
processos de escorregamentos translacionais rasos, que podem evoluir para
corridas de massa. Um inventário de cicatrizes também foi elaborado a partir
da interpretação de produtos de sensoriamento remoto, utilizado para
validar o modelo estático, assim como para definir pilhas de materiais
deflagradas no modelo dinâmico. Os resultados com o modelo estático
mostraram-se mais adequados quando se utilizaram as unidades litológicas
para variação dos parâmetros geotécnicos. Mais de 85% das cicatrizes
ficaram dentro dos limites inferior de estabilidade e superior de
instabilidade. As simulações com o modelo dinâmico permitiram criar
diferentes cenários, com características como trajetória e alcance do material
mobilizado, semelhantes aos eventos ocorridos no passado. Para tal modelo,
diferentes configurações de pilhas de materiais e variações do ângulo de
atrito basal, em função do mapa de materiais, permitiram simulações mais
realistas.
Palavras chave: Escorregamentos, Corridas de Massa, Simulação, SIG e
Cubatão.
vi
APPLIED DYNAMIC SPACE MODELING TO THE STUDY OF LANDSLIDES IN A
REGION AT THE MOUNTAIN RANGE OF SÃO PAULO, ON A SCALE OF 1:10.000.
Abstract
A dynamic model with frictional characteristics that uses as basic
(cid:73)
parameters internal friction angle of the material ( int) and bed friction angle
(cid:73)
( bed) with the surface where movement occurs was calibrated and applied to
simulate the same conditions under which debris flows occurred in the years
1985, 1994 and 1999, in three watersheds of the Serra do Mar, in the region
of Cubatão (São Paulo, Brasil), on a scale of 1:10.000. A static model of
infinite slope stability, defined using the stability index (SI), was applied to
inform the study of areas that have potential for processes of shallow
translational landsliding that could evolve into debris flows. Landslide
inventory data was also elaborated based on the interpretation of remote
sensing products, used to validate the static model as well as to define
deflagrated pile material in the dynamic model. The results with the static
model proved to be more satisfactory when the lithological boundaries were
used for variation of the geotechnical parameters. More than 85% of the
scarps were within the lower threshold stability and upper threshold
instability. The simulations with the dynamic model allowed the creation of
different scenarios with characteristics, such as trajectory and range of the
mobilized material, similar to the events that occurred in the past. For this
model, different configurations of pile material and variations in the bed
friction angle, as a function of the materials map, made it possible to carry
out more realistic simulations.
Keywords: Landslides, Debris Flows, Simulation, GIS and Cubatão.
vii
S U M Á R I O
Índice .......................................................................................................... x
Índice de Tabelas ..................................................................................... xiii
Índice de Figuras ...................................................................................... xiv
Índice de Quadros ................................................................................... xviii
Lista de Abreviaturas e Siglas ................................................................... xix
Lista de Símbolos ...................................................................................... xx
I - INTRODUÇÃO ......................................................................................... 1
II – MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................ 12
III - RESULTADOS E DISCUSSÕES .............................................................. 117
IV – CONCLUSÕES E RECOMENDAÇOES .................................................... 258
V – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 266
viii
SOBRE O CDROM QUE ACOMPANHA ESTA TESE.
Todos os mapas, figuras e filmes utilizados nesse trabalho podem ser
consultados e explorados da seguinte forma:
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NOTA: Todos os mapas, tabelas e figuras dessa tese podem ser explorados e
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desde que citada a fonte no caso de publicações (Norma – 6023-2000/ABNT)
ix
Í N D I C E
I - INTRODUÇÃO.......................................................................................................1
1.1 IMPORTÂNCIA DO TEMA................................................................................1
1.2 PREMISSAS, HIPÓTESES E OBJETIVOS..............................................................7
1.3 RESUMO DOS CAPÍTULOS ..............................................................................9
II – MATERIAIS E MÉTODOS......................................................................................12
2.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO.....................................................15
2.1.1 UNIDADES LITOLÓGICAS......................................................................16
2.1.2 GEOLOGIA ESTRUTURAL E TECTÔNICA................................................21
2.1.3 CARACTERIZAÇÃO GEOMORFOLÓGICA................................................22
2.1.4 COBERTURA VEGETAL..........................................................................25
2.1.5 ATIVIDADES ANTRÓPICAS....................................................................26
2.1.6 ASPECTOS GEOTÉCNICOS....................................................................28
2.2 FUNDAMENTOS DE MOVIMENTOS DE MASSA...............................................30
2.2.1 CONCEITOS E CLASSIFICAÇÕES............................................................32
2.2.1.1 Escorregamentos (slides).............................................................34
2.2.1.2 Corridas (flows)...........................................................................39
2.2.2 AGENTES E CAUSAS DOS MOVIMENTOS...............................................43
2.2.3 FATORES CONDICIONANTES DOS MOVIMENTOS..................................45
2.2.3.1 Geologia......................................................................................45
2.2.3.2 Pedologia....................................................................................46
2.2.3.3 Geomorfologia............................................................................49
2.2.3.4 Clima...........................................................................................50
2.2.3.5 Cobertura vegetal........................................................................52
2.2.3.6 Antropismo.................................................................................54
2.2.4 MÉTODOS DE INVESTIGAÇÃO E ANÁLISE..............................................54
2.2.5 SENSORIAMENTO REMOTO E MOVIMENTOS DE MASSA........................57
2.3 FUNDAMENTOS DE MODELOS GEOAMBIENTAIS ...........................................60
2.3.1 MODELO DE ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE ENCOSTAS NATURAIS.......62
2.3.1.1 Estabilidade por talude infinito...................................................69
2.3.1.2 Modelo hidrológico.....................................................................73
2.3.1.3 Índice de estabilidade.................................................................75
2.3.2 MODELAGEM DINÂMICA DE MOVIMENTOS DE MASSA..........................77
2.3.2.1 Conceitos de modelagem dinâmica.............................................77
2.3.2.2 Modelos espaciais dinâmicos para movimentos de massa..........79
2.3.2.3 Modelo dinâmico físico bi-dimensional ......................................81
2.4 AQUISIÇÃO DE DADOS E PRÉ-PROCESSAMENTOS........................................84
2.4.1 IMAGENS DE SENSORIAMENTO REMOTO..............................................85
2.4.2 BASES PLANI-ALTIMÉTRICAS................................................................86
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