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AVALIAÇÃO DE SUSCETIBILIDADE A DESLIZAMENTOS DE TERRA NO
MUNICÍPIO DE RECIFE - PE
Anderson Reis Soares
Monografia exigida para a obtenção
parcial de nota na disciplina de
Introdução ao Geoprocessamento
2015
RESUMO
Os movimentos de massa são eventos naturais desencadeados, principalmente no Brasil,
pela influência dos fatores climáticos, sendo favorecida também pelos fatores endógenos,
como declividade, tipo, uso e cobertura do solo, geologia, entre outros fatores. Os
impactos da ocorrência deste tipo de evento são devastadores especialmente nos
movimentos rápidos de massa tornando dessa forma seu monitoramento e previsão uma
tarefa essencial para a prevenção dos desastres causados pela a ocorrência destes eventos
Portanto, neste trabalho é utilizada a lógica Fuzzy como forma de avaliação de áreas
suscetíveis a deslizamentos de terra no município do Recife.
Sumário
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 4
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 6
2.1 MOVIMENTOS DE MASSA ....................................................................................... 6
2.2 LÓGICA FUZZY ........................................................................................................... 6
3 MATERIAL E MÉTODOS ............................................................................................ 8
3.1 Área de Estudo .............................................................................................................. 8
3.2 Dados .............................................................................................................................. 8
3.3 Metodologia.................................................................................................................... 8
4 RESULTADOS .............................................................................................................. 14
5 CONCLUSÃO ............................................................................................................... 17
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................ 18
1 INTRODUÇÃO
Os deslizamentos são fenômenos dinâmicos que geram rupturas definidas entre a região
movimentada e a não movimentada, esse tipo de movimento de massa ocorrem em função
principalmente de fenômenos climatológicos. Segundo Guidicini e Nieble (1984), um
deslizamento ocorre quando a relação entre a resistência ao cisalhamento do material que
compõe o solo e a tensão de cisalhamento na superfície decresce até atingir uma unidade
no momento do escorregamento, ou seja, no momento em que a força gravitacional vence
o atrito interno das partículas, que é o que torna a superfície estável, a massa de solo então
desliza encosta abaixo.
De acordo com Guerra (1993), os deslizamentos dependem de vários fatores, mas
principalmente: inclinação das vertentes, quantidade e frequência das precipitações,
presença ou não da vegetação e da consolidação do material. Segundo Vestena (2010),
no Brasil esse tipo de evento está quase sempre associado a eventos pluviométricos
extremos.
Dentre os diversos tipos e classificações de movimentos de massa, utiliza-se o termo
deslizamento, de modo geral, para designar movimentos de massas de solo e/ou rocha,
compreendendo rastejos, corridas de massa, escorregamentos e quedas/tombamentos.
Segundo a Codificação e Classificação Brasileira de Desastres (COBRADE) o
deslizamento de terra/solo ou rocha é um tipo de desastre natural do grupo dos desastres
geofísicos. Em 2013, segundo os dados Centro de Pesquisa em Epidemiologia e Desastres
da Bélgica (GUHA-SAPIR et. al, 2013), foram registrados em todo o mundo 32 desastres
desse tipo em grande escala, desde de 2003 esse tipo de fenômeno já causou mais de 7
milhões de vítimas. No Brasil, segundo o Atlas Brasileiro de Desastres Naturais, de 1991
até 2010, o Brasil sofreu cerca de 454 eventos envolvendo movimentos de massa,
afetando mais de 2 milhões de pessoas (BRASIL, 2012).
Segundo Gusmão (1997), os efeitos dos deslizamentos de terras no município do Recife,
tornaram-se mais graves a partir da década de 1980, quando foram registradas dezenas de
escorregamentos na zona norte do município de Recife. Entre o período de 1993 a 1996,
foram registrados dezenas de escorregamentos, que resultaram em mais de 50 mortes,
apenas na cidade do Recife.
Segundo Pfaltzgraff (2007), as principais causas desses deslizamentos decorrem da forma
inadequada de ocupação das encostas, que são agravadas pelas características naturais da
região. Ainda segundo o autor o acumulo de lixo, cortes inadequados dos taludes, de
material proveniente desse corte além da inexistência de rede de drenagem planejada, são
as causas que mais concorrem para instalação de processos erosivos e de movimentos de
massa.
O geoprocessamento vem sendo amplamente utilizado para a avaliação e estudo de
eventos ambientais, principalmente, na predição de desastres e mapeamento de áreas de
risco. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo identificar as áreas com
suscetibilidade a movimentos de massa no município de Recife, capital do estado de
Pernambuco, através do processo de inferência geográfica.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 MOVIMENTOS DE MASSA
Os movimentos de massa são eventos geológicos originados a partir de movimentos
gravitacionais do solo, de sedimentos e de rochas, que ocorrem devido a ação de agentes
naturais que podem ser de origem geológica, geomecânicas, climáticas ou antrópicas.
Segundo Pfaltzgraff (2007), além dos agentes deflagradores, as características
geotécnicas dos materiais, como a granulometria, a coesão do material, cobertura vegetal,
o relevo, a água e da forma e ocupação das encostas, tem papel importante no
desencadeamento de movimentos das massas.
Nas áreas urbanas a geometria inadequada dos taludes de corte com relações de altura e
inclinação; lançamento de aterros sem compactação; impermeabilização do terreno;
plantio de vegetação inadequada; alteração das drenagens naturais e, descartes
inadequados das águas servidas, são os principais fatores que desencadeiam os
deslizamentos de terra.
Segundo Pfaltzgraff (2007), na RMR os deslizamentos são basicamente do tipo planar e
se localizam principalmente sobre as áreas constituídas por sedimentos da Formação
Barreiras, que é caracterizada por depósitos de areias grossas, intercaladas por estratos
rítmicos de areia fina e/ou argila, que por suas próprias características granulométricas e
mineralógicas são facilmente suscetíveis a erosão.
2.2 LÓGICA FUZZY
Segundo Mário (2014) a utilização da lógica fuzzy permite realizar a construção de
análises que não se baseiam na lógica booleana, do “verdadeiro” e “falso”, 0 ou 1, mas
no tratamento de variações sucintas entre as classes que se queira estudar. Um dos
benefícios dessa abordagem, segundo Ruhoff (2004), está na sua habilidade de
codificação de conhecimentos inexatos, numa forma que se aproxima muito ao processo
de decisão.
Basicamente, um sistema baseado em lógica fuzzy é constituído de três fases. Segundo
Silva (2008) a primeira é a fuzzificação, onde se transformam as variáveis que estão em
formato mais rígido para um formato flexível através de funções de pertinência. Com
essas funções os dados de entrada são normalizados e são espacializados de forma
contínua. Na segunda etapa é realizada a inferência, nela é construída um conjunto de
regras através de operadores lógicos, que analisaram os dados de entrada e definiram os
dados de saída, a partir das características de cada operador. De acordo com Moreira et.
al (2003) as operações básicas sobre subconjuntos fuzzy são similares as operações
básicas da lógica binária, contudo os operadores fuzzy tem capacidades distintas de criar
cenários mais ou menos restritivos, em função das suas características, nesse trabalho
foram utilizados dois operadores, o E e Operador Gama.
O operador fuzzy E define que um ponto do plano de informação resultante terá como
valor o menor valor dos membros fuzzy de entrada. Dessa forma a inferência torna-se
mais restritiva, já que o valor indicado será alto apenas quando o menor valor dos
diferentes dados de entrada forem todos altos. O operador E pode ser expresso por:
µ=Min(µa,µb, µc, . . .)
onde: µa µb e µc correspondem ao valor do membro fuzzy para um particular ponto de
diferentes planos de informação.
Segundo Moreira et. al (2003), o operador Gama realiza a multiplicação dos membros
dos diferentes dados de entrada, sendo que o valor de saída definido é sempre menor ou
igual ao valor do menor dado de entrada fuzzy. Isto ocorre devido a multiplicação de
valores iguais ou menores que 1. A importância de cada termo no operador gama é
definida atribuindo-se valores entre (0,1) para o expoente “γ”.
µ = (soma algébrica Fuzzy)γ x (produto algébrico Fuzzy)1-γ
O respectivo ajuste é realizado pela modificação de gama (γ), valores próximos de 0
representa cenários mais otimistas, enquanto de valores próximos de 1 admitem cenários
mais pessimistas.
A última etapa é a defuzzificação, que é o inverso do processo de fuzzificação. Nela,
segundo Silva (2008), as variáveis que estão em formato de função de pertinência, tornam
para o formato quantitativo, determinando o valor final de saída do fenômeno em estudo.
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Área de Estudo
A cidade do Recife está na região tropical com chuvas de monções durante quase todo o
ano, de acordo com a classificação climática de Köppen seu clima é do tipo Ams’, quente
e úmido. De acordo as normais climatológicas obtidas através de uma série de 30 anos, a
taxa de precipitação pluviométrica anual é em média de 2450mm, sendo o período mais
chuvoso entre abril e julho.
3.2 Dados
Os dados utilizados para este trabalho foram obtidos junto a prefeitura da cidade do
Recife. Foram utilizados dados sobre o solo, geologia, geormorfologia, base hidrográfica,
e curvas de nível todos na escala de 1:100.000.
As curvas de nível utilizadas foram obtidas através de levantamento aéreo utilizando a
técnica LiDAR. Os levantamentos de solo, geomorfológico e geológico foi realizado pela
Cia Pesquisa Recursos Minerais (CPRM), para toda a região metropolitana do Recife
(RMR). Na tabela abaixo, estão descritas os dados utilizados e a forma como foram
modelados no espaço matemático.
Tabela 1. Modelagem dos dados utilizados
Dados Geo-campo
Declividade MDE
Fatiamento Declividade Temático
Uso do Solo Temático
Geologia Temático
Solos Temático
Suscetibilidade Temáticos
3.3 Metodologia
Para processamento dos dados e aplicação da técnica de inferência espacial foi utilizado
o software ArcGIS 10.2 para aplicação da lógica fuzzy e tratamento dos dados obtidos
junto a prefeitura do Recife e CPRM. Os dados temáticos foram transformados para a
escala de 0 a 1, onde 0 foi convencionado as classes menos suscetíveis a causar
deslizamentos e 1 os mais suscetíveis a causar este fenômeno.
A definição dos pesos referentes aos tipos de solo, foi baseada nas definições de Bigarella
et al. (2003), que afirma que os solos com maior teor de argila são mais suscetíveis a
deslizamento, por apresentarem descontinuidades dentro do próprio perfil, possuindo
horizonte inferior com maior capacidade de armazenamento de água, que resulta em
maior facilidade de saturação e consequentemente de movimentação da camada
superficial.
Figura 1. Mapas de Tipos de Solo e mapa de Suscetibilidade para o Tipo de Solo.
Para as classes pedológicas, os pesos foram definidos baseados nas classes pedológicas
mapeadas pela CPRM e no trabalho de Crepani et. al (2001). Segundo os autores rochas
pouco coesas podem prevalecer os processos erosivos, modificadores das formas de
relevo, enquanto que nas rochas bastante coesas devem prevalecer os processos de
intemperismo e formação de solos.
Figura 2. Mapas de Formação Geológica e mapa de Suscetibilidade para a Formação
Geológica.
A partir das curvas de nível foi realizada uma interpolação para criação de uma rede
triangular (TIN), que foi utilizada para o cálculo da declividade. Para a interpolação foi
utilizado o método do inverso do quadrado da distância. A declividade foi fatiada em 5
classes, conforme sugeridas por Canavesi et. al (2013), sendo as áreas com maior
declividade a com maior peso.
Para as unidades geomorfológicas presentes na área de estudo, os pesos atribuídos se
basearam nas características da forma do relevo, dissecação e declividade presente em
cada classe geomorfológica.
Figura 3. Mapa de Altimetria e Mapa de Suscetibilidade em função da Declividade.
Figura 4. Mapa de Feições Geomorfológicas e Mapa de Suscetibilidade em função da
Feição Geomorfológica.
Para a obtenção do uso do solo foi realizada uma classificação orientada a objetos, em
imagem do sensor OLI de 23/01/2015. A confusão gerada pela classificação foi em média
de 3,74%, e a abstenção foi de 3,17%, já o desempenho geral foi de 93,09%.
Para o uso do solo os pesos foram definidos baseado na classificação de Catani et al.
(2005), que ressalta a importância da vegetação para manutenção da segurança das
encostas pela vegetação, dessa forma as áreas com vegetação apresentam menor
suscetibilidade a movimentos de terra e áreas de solo exposto e antropizadas apresentam
alta suscetibilidade. Os pesos atribuídos as classes de cada tema estão descritos na Tabela
2.
Figura 5. Mapa de Uso do Solo e Mapa de Suscetibilidade em função do Uso do Solo.
Além da definição dos pesos, para realização da álgebra de geo-campos, com resolução
espacial compatível com os dados de declividade gerada a partir das curvas de nível. Após
a transformação e espacialização dos dados foram utilizados os operadores E e Gama.
Para o operador Gama foram utilizados os valores 0.3, 0.7 e 0.8, dessa forma foi possível
gerar diferentes cenários para a área de estudo.
Tabela 2. Pesos aplicados aos diferentes temas analisados.
Uso do Solo Suscetibilidade Formação Geológica Suscetibilidade
Água 0 Compl. Bélem S Fco 0,2
Vegetação Densa 0,2 Dep. Aluvionares 0,2
Vegetação Espaça 0,4 Terr. Marinhos Pleistocênicos 0,2
Urbano 0,8 Sed. Flúvio-lagunares 0,2
Solo Exposto 1 Fm Algodoais 0,5
Terr. Marinhos Holocênicos 0,5
Declividade Suscetibilidade Sedimentos de mangues 0,5
0 – 3° 0,2 Fm Gramame 0,8
3 – 8° 0,3 Fm Beberibe 0,8
8 – 20° 0,5 Fm Cabo 0,8
20 – 45° 0,8 Compl. Gnáissico
Migmatítico
0,8
> 45° 1 Gr Barreiras 0,8
Feição
Geomorfológica
Suscetibilidade Tipo de Solo Suscetibilidade
Planícies
Aluvionares
0,2 SM 0,2
Terraços holocênicos 0,2 GXbd1 0,2
Baixo de Maré 0,2 ESo2 0,2
Morros Gnáissicos
Migmatíticos
0,6 GXbd3 0,2
Colinas Cretáceas 0,8 RUve2 0,3
Tabuleiros Barreiras 1 LAd6 0,5
LAd2 0,5
PAd4 0,8
PAd2 0,8
PAd11 0,8
PAd6 0,8
PVAd5 0,8
4 RESULTADOS
A partir dos operadores E e Gama foram realizadas 4 inferências, sendo que através do
operador Gama, foram construídos cenários mais pessimistas e otimistas. A Figura 6
apresentam os resultados obtidos com a aplicação dos cenários de γ = 0.3, 0.7 e 0.8 e
através do operador E.
Na Figura 6 a), está representado o resultado obtido para o operador E, como pode ser
observado grande parte da parte norte do município do Recife foi classificado como área
de suscetibilidade moderada e alta, como este é um operador mais restritivo, essas áreas
apresentaram como menor valor essas classes, com um operador mais rígido essas áreas
poderiam ser classificadas como áreas até de alto risco.
Como pode ser observado na Figura 6 b), onde o valor gama utilizado foi de 0.3, grande
parte do município do Recife foi classificada com suscetibilidade muito baixa, sendo a
maior parte da região norte do município classificada como de suscetibilidade moderada
e baixa, sendo limitada basicamente pela formação geológica Barreiras. Já quando o valor
gama utilizado foi de 0.7, as classes moderada e alta suscetibilidade apresentaram um
grande aumento. Mais uma vez a maior parte norte do Recife concentrou as áreas mais
suscetíveis a deslizamentos, apresentando também nessa região pela primeira vez a
classificação de suscetibilidade muito alta, apesar dessa área ser muito pequena, apenas
alguns metros quadros.
Para o valor gama igual a 0.8, Figura 6 d), toda a porção norte do município foi
classificada como de suscetibilidade moderada a alta, assim como os extremos oeste e
sudoeste do município, onde as feições geológicas e geomorfológicas, além da
declividade, apresentam maior suscetibilidade a deslizamento.
Apesar da porção central da cidade não apresentar suscetibilidade a deslizamento, essa
área sofre constantemente com alagamentos, causadas especialmente pelo Rio
Capibaribe, como ocorreu de forma catastrófica na década de 70, onde grande parte da
cidade do Recife ficou alagada.
Na Tabela 3, estão descritos os percentuais de área de cada classe para o município do
Recife. Como pode ser observado à medida que o valor gama aumentou a área das classes
com maior suscetibilidade a deslizamentos também aumentou. No cenário mais otimista,
quando o gama é igual a 0.3, quase 79% da área do município possui suscetibilidade
muito baixa a deslizamento, sendo que essa área cai bruscamente para 55% quando o
gama é igual a 0,8. Já a classe Alta, que apresentou áreas abaixo de 1% da área total do
município, no cenário mais otimista, subiu para quase 22% no cenário mais restritivo.
Tabela 3. Percentual das áreas de cada classe no munícipio do Recife.
Fuzzy 0,3 Fuzzy 0,7 Fuzzy 0,8 Fuzzy E
Classe Área (%) Área (%) Área (%) Área (%)
Muito Baixa 78,95% 60,47% 55,76% 55,25%
Baixa 19,88% 10,40% 7,95% 22,49%
Moderada 1,23% 21,93% 14,55% 16,77%
Alta 0,00% 7,27% 21,79% 5,53%
Muito Alta - 0,00% 0,01% 0,02%
Como última análise foi realizada uma sobreposição com os aglomerados subnormais
mapeadas pelo IBGE. Como pode ser observado na Figura 7, parte dos aglomerados estão
em áreas de suscetibilidade a deslizamentos, contudo parte das áreas mapeadas
especialmente nas áreas centrais não estão em área de suscetibilidade de deslizamento,
mas dada a proximidade com rios de córregos, essas áreas podem ser suscetíveis a
alagamentos.
Como pode ser observado na Tabela 4, os aglomerados subnormais no município do
recife, estão de principalmente em áreas de suscetibilidade baixa, contudo
aproximadamente 3% dessas áreas estão em áreas de suscetibilidade.
Tabela 4. Percentual das áreas de cada classe no munícipio do Recife.
Classes Área (%)
Muito Baixa 53,48%
Baixa 19,89%
Moderada 23,32%
Alta 2,91%
Figura 6. Mapas de Suscetibilidade a Deslizamentos. a) Fuzzy E, b) Gama = 0.3,
c) Gama = 0.7 d) Gama = 0.8
Figura 7. Aglomerados subnormais e suscetibilidade obtida pelo operador E.
5 CONCLUSÃO
A lógica Fuzzy demonstrou ser uma técnica bastante flexível, devido especialmente a sua
diversidade de operadores, podendo trabalhar em análises mais ou menos rígidas,
possibilitando a geração de cenários. Essa possibilidade torna-se bastante útil em análises
como o de suscetibilidade a movimentos de massa, onde seria possível simular o efeito
da chuva em diferentes situações.
As análises geradas pelos operadores E e Gama, não identificaram áreas de grande risco
no município de Recife, a ocorrência dessas áreas pode ser detectada com a utilização de
outros dados como o aspecto e forma das encostas, além da aplicação de uma maior
rigidez na definição dos pesos para cada um dos temas estudados.
Cabe ressaltar que não foi realizada a etapa de validação dos resultados em virtude da
indisponibilidade de dados de referência.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BIGARELLA, J. J, et all. (2003). Estrutura e Origem das Paisagens Tropicais e
Subtropicais. Vol3. (s.e) Florianópolis: Editora da Universidade Federal de Santa
Catarina. Cap.8, p.1026-1098.
BRASIL, Ministério de Integração Nacional. Atlas Brasileiro de Desastres Naturais,
Brasil.
CANAVESI, V.; Camarinha, P.I.M.; ALGARVE, V. R.; CARNEIRO, R. C. S.;
ALVALA, R. C. S. Análise da susceptibilidade a deslizamentos de terra: estudo de
caso de Paraibuna, SP. In: XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, 2013,
Foz do Iguaçu. Anais do XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto. São José
dos Campos: INPE, 2013. v. 1. p. 5251-5258.
CATANI, F.; CASAGLI, N.; ERMINI, L.; RIGHINI, G.; MENDUNI, G. Landslide
hazard and riskmapping at catchment scale in the Arno River basin. Landslides, v.2, n.4,
p.329-342, 2005.
CREPANI, E.; MEDEIROS, J. D.; HERNANDEZ FILHO, P.; FLORENZANO, T. G.;
DUARTE, V.; BARBOSA, C. C. F. Sensoriamento Remoto e Geoprocessamento
Aplicados ao Zoneamento Ecológico-Econômico e ao Ordenamento Territorial. São
José dos Campos: INPE. 2001.
GUERRA, A. T. Dicionário Geológico Geomorfológico. 8ª Ed. Rio de Janeiro: IBGE,
1993. 446p.
GUHA-SAPIR, D.; VOS, F.; BELOW, R.; PONSERRE, S. Annual Disaster Statistical
Review 2013: The Numbers and Trends. Bruxelas: Ciaco Imprimerie, 2013.
GUIDICINI, G. e NIEBLE, C. M. Estabilidade de Taludes Naturais e de Escavação.
São Paulo: Editora USP, 1984.
GUSMÃO FILHO, J. A; ALHEIROS, M. M. Estudo das encostas ocupadas do Recife.
In: Pan Am Symposium Of Landslides, COBRAE, 2nd,, 1997, Rio de Janeiro. Anais.
Rio de Janeiro: IAEG/ABMS, 1997. p.919.
MOREIRA, F.; BARBOSA, C.; CÂMARA, G.; ALMEIDA-FILHO, R.. Inferência
Geográfica e Suporte à Decisão. In: CÂMARA, G.; DAVIS, C. e MONTEIRO, A. M. V.
(Ed.). Introdução à Ciência da Geoinformação. São José dos Campos: INPE, 2003.
PFALTZGRAFF, P. A. dos S. Mapa de suscetibilidade a deslizamentos da região
metropolitana de Recife. 2007. Tese (Doutorado). Programa de Pós-Graduação em
Geociências, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2007.
RUHOFF, A. R. Gerenciamento de Recursos Hídricos em Bacias Hidrográficas:
modelagem ambiental com a simulação de cenários preservacionistas. Dissertação de
Mestrado em Geomática. Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria, 2004. 93p.
SILVA, M. A. Aplicação de Lógica Nebulosa para Previsão do Risco de
Escorregamentos de Taludes em Solo Residual. Dissertação de Mestrado em
Engenharia Civil. UERJ. Rio de Janeiro, 2008. 150 p.
VESTENA, L. R. Mapeamento da susceptibilidade a deslizamentos na bacia hidrográfica
do Caeté, Alfredo Wagner/SC. Mercator (UFC), v. 9, p. 175-190, 2010.