geotecnologias e suas aplicaÇÕes · 2018-07-11 · análise da variação morfológica da linha...

GEOTECNOLOGIAS E

SUAS APLICAES

Organizao Fabricia Benda de Oliveira Rodson de Abreu Marques

Calvin da Silva Candotti Eduardo Baudson Duarte

Organizadores

Fabricia Benda de Oliveira

Rodson de Abreu Marques

Calvin da Silva Candotti

Eduardo Baudson Duarte

Geotecnologias e suas aplicaes

Volume 1

ALEGRE - ES

CAUFES

2018

CCENS-UFES Centro de Exatas Naturais e da Sade, Universidade Federal do Esprito

Santo, Alto Universitrio, s/n, Caixa Postal: 16, Guararema, Alegre-ES

Telefax: (28) 3552-8687

www.alegre.ufes.br

Os textos apresentados nesse livro so de inteira responsabilidade dos autores. Os

organizadores no se responsabilizam pela reviso ortogrfica e gramatical dos trabalhos

apresentados.

REITOR UFES

REINALDO CENTODUCATTE

DIRETOR DO CENTRO DE CINCIAS EXATAS, NATURAIS E DA SADE UFES

NEUZA MARIA BRUNORO COSTA

ORGANIZADORES DESTA OBRA

FABRICIA BENDA DE OLIVEIRA

RODSON DE ABREU MARQUES

CALVIN DA SILVA CANDOTTI

EDUARDO BAUDSON DUARTE

APRESENTAO

A produo deste trabalho independente e surgiu da ideia e colaborao de

professores, alunos e ex-alunos do curso de Geologia do Centro de Cincias Exatas, Naturais

e da Sade, da Universidade Federal do Esprito Santo.

Esto contidos neste livro 6 trabalhos apresentados na forma de captulos e que

abrangem temas relacionados s geotecnologias e suas aplicaes no mbito das cincias

ambientais, geotecnia e planejamento urbano, e anlises utilizando softwares de cartografia e

modelagem espacial.

O material contido nesta obra servir de auxlio para estudantes, professores e

profissionais da rea das geocincias em seus trabalhos e pesquisas, alm de ser um veculo

de divulgao de conhecimento obtido pela UFES desde a criao do curso de Geologia.

LISTA DE ORGANIZADORES

Fabricia Benda de Oliveira. Professora Adjunta do Departamento de Geologia,

Universidade Federal do Esprito Santo, Centro de Cincias Exatas, Naturais e da Sade,

Alegre, ES, e-mail: [email protected]

Rodson de Abreu Marques. Professor Adjunto do Departamento de Geologia, Universidade

Federal do Esprito Santo, Centro de Cincias Exatas, Naturais e da Sade, Alegre, ES, e-

mail:[email protected]

Calvin da Silva Candotti. Gelogo Autnomo, Manaus, AM. [email protected]

Eduardo Baudson Duarte. Gelogo formado pela Universidade Federal do Esprito Santo.

Mestrando em Agroqumica, Universidade Federal do Esprito Santo, Centro de Cincias

Exatas, Naturais e da Sade, Alegre, ES, e-mail: [email protected]

LISTA DE AUTORES

Allison Augusto Gonalves de Freitas

Carlos Henrique Rodrigues de Oliveira

Daniel Andrade Miranda

Edgar Batista de Medeiros Jnior

Eduardo Baudson Duarte

Fbio Cardoso de Souza Santos

Fabricia Benda de Oliveira

Felipe Guadagnin

Jlia Sesana Maciel

Julio Almeida Moreira

Lzaro Corra Marcellino

Lilian Gabriella Batista Gonalves de Freitas

Marcelo Henrique Gonalves de Freitas

Marx Engel Martins

Rafael de Oliveira Costa

Rayane Monteiro Ferreira

CCENS UFES GEOTECNOLOGIAS E SUAS APLICAES

Sumrio

Captulo 1 .................................................................................................................................. 9

Anlise multitemporal da ocupao urbana na cidade de Alegre Esprito Santo

Daniel Andrade Miranda, Fabricia Benda de Oliveira

Captulo 2 ................................................................................................................................ 25

Utilizao de anlise multicritrio e mapeamento no estudo da adequabilidade a

prospeco de mangans, no sul do Estado do Esprito Santo

Fbio Cardoso de Souza Santos, Eduardo Baudson Duarte, Fabricia Benda de

Oliveira, Jlia Sesana Maciel, Carlos Henrique Rodrigues de Oliveira

Captulo 3 ................................................................................................................................ 39

Definio de mapa litolgico e de lineamentos para anlise da suscetibilidade de

ruptura de taludes em atividades de minerao

Lzaro Corra Marcellino, Fabricia Benda de Oliveira, Julio Almeida Moreira, Carlos

Henrique Rodrigues de Oliveira

Captulo 4 ................................................................................................................................ 53

Estudo de rea favorvel para realocao da BR-101 no municpio de Iconha-ES

utilizando tcnicas de geoprocessamento

Marcelo Henrique Gonalves de Freitas, Fabricia Benda de Oliveira, Allison Augusto

Gonalves de Freitas, Lilian Gabriella Batista Gonalves de Freitas, Rayane Monteiro

Ferreira, Edgar Batista de Medeiros Jnior

Captulo 5 ................................................................................................................................ 71

Estudo da variao da dinmica fluvial do rio Doce, com uso de imagens do satlite

Landsat 5

Marx Engel Martins, Fabricia Benda de Oliveira, Felipe Guadagnin, Carlos Henrique

Rodrigues de Oliveira

Captulo 6 ................................................................................................................................ 89

Anlise da variao morfolgica da linha de costa associada foz do rio Itapemirim

(ES)

Rafael de Oliveira Costa, Eduardo Baudson Duarte, Fabricia Benda de Oliveira,

Carlos Henrique Rodrigues de Oliveira


Doutorando em Geologia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG

Departamento de Geologia, Universidade Federal do Esprito Santo, CCENS, Alegre, ES

9

Captulo 1


Daniel Andrade Miranda, Fabricia Benda de Oliveira

INTRODUO

Segundo Santos (2012) somente com o desenvolvimento de tecnologias espaciais

modernas, incluindo os satlites artificiais, que se tornou possvel visualizar a Terra a partir da

coleta de dados e da aquisio de imagens da sua superfcie, os dados adquiridos de forma

remota por satlites artificiais auxiliam no diagnstico sobre as implicaes ambientais,

econmicas, sociais, polticas e culturais, com relao ocupao dos espaos urbanos,

ajudando no planejamento scio econmico-ambiental sustentvel, e servindo de base para o

desenvolvimento e realizao de projetos associados s atividades humanas, como por

exemplo, no planejamento urbano.

Gottdiener (1993) define que a materializao do desenvolvimento contnuo do

capitalismo o formato do espao urbano, assim, os traos distintivos da morfologia espacial

urbana esto diretamente relacionados com as mudanas estruturais na organizao social.

Ento, para compreender o espao urbano, ou a cidade, precisamos estudar e analisar a forma

urbana e seu crescimento, como subsdios s polticas de planejamento. Estudos mostram que

o crescimento das cidades um processo dinmico, muitas vezes ocorrendo em reas no

adequadas, mostrando que o crescimento da mancha urbana usualmente no planejado

(NAGARATHINAM et al., 1988).

Devido forma na qual a expanso urbana ocorre no tempo e no espao, o

crescimento urbano pode gerar problemas ambientais ligados contaminao hdrica,

formao de ilhas de calor, ocupao de reas inadequadas para assentamentos humanos,

degradao da paisagem, dentre outros (FUCKNER, 2006).

Segundo Costa e Alves (2005) para monitoramentodas reas urbanas necessrio

possuir conhecimento atualizado sobre a distribuio espacial da populao. Este

conhecimento adquirido atravs dos censos demogrficos e de mapas de densidade

demogrfica que produzem avaliaes quantitativas sobre elas e informam tambm as

necessidades de infraestrutura.

Na maior parte das cidades, o crescimento populacional tem sido muito rpido e as

estruturas urbanas no acompanharam esse crescimento, que alm de no ser planejado, pode

causar problemas como inundaes, deslizamento de encostas e desabamentos de construes.

A ocupao urbana , atualmente, tema de emergncia nacional, portanto, o

desenvolvimento de tecnologias que apoiem a gesto estratgica da ocupao urbana

interessante no mbito municipal, estadual e federal.

Neste contexto, as geotecnologias tm sido utilizadas como uma ferramenta

importante para ajudar no planejamento urbano e na compreenso da dinmica espacial e da

forma urbana.

No municpio de Alegre este problema intensificado com a implantao do programa de

expanso da rede de Educao Superior pelo MEC (Ministrio da Educao), que teve incio

em 2003, e posteriormente, com a implementao do REUNI (Restaurao e Expanso das

Universidades Federais) em 2011. Com esses programas o total de cursos oferecidos pelo


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campus de Alegre, subiu de quatro em 2002 para dezessete em 2011, aumentando

consideravelmente o fluxo de populao mvel no municpio. Podemos citar ainda os

estudantes da FAFIA (Faculdade de Filosofia, Cincias e Letras de Alegre) e o IFES (Instituto

Federal do Esprito Santo), que assim como na UFES (Universidade Federal do Esprito

Santo), tem sua demanda de populao mvel, condicionando uma urbanizao forada em

funo da demanda crescente por habitao.

O presente trabalho prope a realizao de um estudo sobre a ocupao urbana na sede

do Municpio de Alegre-ES, utilizando tcnicas de sensoriamento remoto e imagens do

satlite Landsat, sensor TM 5, atravs de anlise multitemporal, para verificao do avano do

crescimento urbano ao longo de 26 anos.

LOCALIZAO DA REA DE ESTUDO

O municpio de Alegre est localizado na regio sudeste do Brasil, no Sul do Estado

do Esprito Santo, englobando as comunidades de Santa Maria, Varjo da Cotia, Alegre,

Vargem Alegre, gua Limpa, Vinagre, Capim, Feliz Lembrana, Bosque, Rive, Caf,

Placa,So Francisco, So Joo do Norte, e Crrego do Meio, e tendo como municpios

limtrofes Muniz Freire a Norte, Castelo, Cachoeiro de Itapemirim e Jernimo Monteiro a

Leste, Mimoso do Sul e So Jos do Calado a Sul, e Guau e Ibitirama a Oeste.

A rea de estudo proposta para este trabalho consiste no permetro urbano da sede do

Municpio de Alegre como pode ser visto na Figura 1.

O Acesso at a capital Vitria pode ser feito pela ES-482 at Cachoeiro de Itapemirim,

depois segue pela BR-101 Sul at Vitria. Ou ainda pela ES-482 at Duas Barras, ES-166 de

Duas Barras at Venda Nova do Imigrante e BR-262 at Vitria.

Figura 1 - Localizao da rea de estudo, sobreposta ortofoto. Fonte IEMA (2007).

REVISO BIBLIOGRFICA


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Segundo Rosa (2003) podemos definir o sensoriamento remoto como sendo a forma

de obter informaes de um objeto, sem que haja contato fsico com o mesmo, utilizando-se a

radiao eletromagntica gerada por fontes naturais como o Sol e a Terra, ou por fontes

artificiais, como por exemplo, o Radar.O sensoriamento remoto teve destaque no Brasil a

partir da dcada de 1960 com a criao do Projeto RADAMBRASIL, cujo objetivo era a

realizao de um levantamento integrado dos recursos naturais do pas a partir de imagens

Landsat (SOUZA, 2008).

O Landsat foi colocado em rbita em 1972 com o nome de ERTS-1 (Earth Resources

Techonological Satellite-1), teve inicialmente um desempenho significativo, sendo

transformado na srie Landsat. Hoje o projeto Landsat dedicado observao dos recursos

naturais da Terra.Sua rbita desloca-se do Norte para o Sul, sendo geocntrica, circular, quase

polar heliocntrica, isto , o ngulo Sol Terra Satlite permanece constante, o que garante

condies de iluminao semelhantes na rea imageada ao longo do ano (ROSA, 2003).O

sensor TM (Thematic Mapper) do satlite Landsat possui sete bandas, com numerao de 1 a

7, sendo que, cada banda representa uma faixa do espectro eletromagntico (BATISTELLA et

al., 2004). O satlite Landsat apresenta a caracterstica de repetitividade,pois ele imageia a

mesma rea a cada 16 dias. Suas cenas cobrem uma rea de 34.225 km, sendo a faixa

imageada de 185 x 185 km (INPE, 2006).

Para utilizao de imagens de satlite com fins de classificao, recomenda-se o

processamento das mesmas. O processamento digital de imagens (PDI) de acordo com Lima e

Rocha (2009) tem como objetivo fornecer ferramentas que facilitem a identificao e

aextrao de informaes contidas nas imagens, para posterior interpretao. Consiste na

manipulao numrica dos dados visando aumentar opotencial de discriminao dos alvos.

Segundo Novo (1989) o PDI pode ser dividido basicamente em: Pr-processamento, Realce e

Classificao.

O Pr-processamento o primeiro passo do PDI e considerado fundamental para

confiabilidade e uso correto das imagens de satlite. Nesta fase, segundo Rosatti (2006), o

objetivo adequar as imagens para serem utilizadas pelos usurios, sendo aplicadas algumas

tcnicas de manipulao como correo geomtrica e restaurao.

A correo geomtrica e o georreferenciamento das imagens so necessrios devido a

distores, que segundo o INPE (2006), so causadas no processo de formao da imagem,

pelo sistema sensor e por impreciso dos dados de posicionamento da plataforma (aeronave

ou satlite). De modo geral o georreferenciamento de imagens de satlite realizado por meio

de pontos de controle (PC) de referncia identificados na imagem original e em um sistema de

dados de referncia, que possibilitem o ajustamento atravs de modelos matemticos. Os so

feies passveis de identificao na imagem e no terreno, ou seja, so feies homlogas

cujas coordenadas so conhecidas na imagem e no sistema de referncia (INPE, 2006).

Podemos obter PC atravs de trs fontes: por meio de mapas e cartas topogrficas oficiais,

pela aquisio de pontos em campo por sistema de posicionamento global (GPS), ou por meio

de imagens georreferenciadas do mesmo local. A preciso do georreferenciamento medida

atravs do clculo do Erro Mdio Quadrtico ou Root Mean Square Error (RMS), que

pondera as diferenas entre as coordenadas dos pontos de controle da imagem a ser ajustada e

da fonte de dados de referncia. O valor do RMS dever ser menor que 1, ou seja, quanto

mais prximo de 0 maior a preciso e menor o erro (LIMA, 2010). O clculo feito

utilizando a Equao 1.

RMSerror = [(x1 xorg) + (y1 yorg)]1/2 (1)

x1 = Coordenada de linha calculada na imagem a ser ajustada;

y1 = Coordenada de coluna calculada na imagem a ser ajustada;


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xorg = Coordenada original de linha do PC da fonte de referncia;

yorg = Coordenada original de coluna do PC da fonte de referncia.

A tcnica de restaurao tem por objetivo corrigir as distores do sensor ptico no

processo de gerao das imagens. A resoluo espacial das bandas 3, 4 e 5 que de 30

metros, pode ser restaurada para at 5 metros (RIOS, ALMEIDA, RIBEIRO, 2010).A ideia de

restaurar uma imagem reduzir o efeito de embaamento da cena, e obter uma imagem

realada, dado que os detalhes vistos na cena so suavizados devido s limitaes do sensor.

Esta correo realizada por um filtro linear e os pesos do filtro de restaurao so obtidos a

partir das caractersticas do sensor, e no de forma emprica como feito no caso dos filtros

de realce tradicionais. Neste caso, o filtro especfico para cada tipo de sensor e banda

espectral. Este tipo de processamento recomendado para ser realizado sobre a imagem

original sem qualquer tipo de processamento tais como realce e filtragem, que alterem as

caractersticas radiomtricas da imagem. Deve-se observar tambm que no possvel

processar uma imagem reamostrada, j que as caractersticas radiomtrica e espacial da

imagem foram alteradas (INPE, 2006).

Alm das etapas do pr-processamento de imagens digitais de satlite existem outras que

utilizam tcnicas de realce com o objetivo de melhorar a qualidade visual e permitir uma

melhor interpretao dos alvos nas imagens (IBGE, 2001). As tcnicas utilizadas neste

trabalho foram: Constraste; Filtragem espacial; e Composio colorida.

Segundo o INPE (2006) o contraste entre dois objetos pode ser definido como sendo a

razo entre os seus nveis de cinza mdios, onde, a manipulao do contraste consiste numa

transferncia radiomtrica em cada pixel (Picture Element menor elemento num dispositivo

de exibio ao qual possvel atribuir-se uma cor, menor ponto que forma uma imagem

digital), tendo o objetivo de aumentar a discriminao visual entre os objetos presentes na

imagem. Realiza-se a operao ponto a ponto, independentemente da vizinhana. Entretanto,

um exame prvio do histograma da imagem pode ser til. O histograma de uma imagem

descreve a distribuio estatstica dos nveis de cinza em termos do nmero de amostras

(pixels) com cada nvel. A distribuio pode tambm ser dada em termos da percentagem do

nmero total de pixels na imagem. Pode ser estabelecida uma analogia entre o histograma de

uma imagem e a funo densidade de probabilidade, que um modelo matemtico da

distribuio de tons de cinza de uma classe de imagens. A cada histograma est associado o

contraste da imagem, conforme mostra a Figura 2A.De acordo com Rios, Almeida e Ribeiro

(2010) esta tcnica tem por objetivo modificar, atravs de funes matemticas, os nveis de

cinza ou os valores digitais de uma imagem, de modo a destacar certas informaes espectrais

e melhorar a qualidade visual da imagem.

De acordo com Albuquerque (2000) para fazer uma operao de filtragem espacial,

necessrio escolher uma matriz de dimenso n x n, denominada mscara (Figura 2B), com

valores que dependem do filtro que queremos usar, seja ele passa baixa (filtrando as altas

frequncias), passa banda (filtrando uma regio especfica de frequncias espaciais) ou passa

alta (filtrando as baixas frequncias). Em uma imagem, as altas frequncias correspondem s

modificaes abruptas dos nveis de cinza e as bordas dos objetos. As baixas frequncias

correspondem s variaes suaves dos nveis de cinza. Logo, quando queremos evidenciar os

contornos de um determinado objeto podemos usar filtros do tipo passa alta. Pode-se querer

observar a forma da iluminao de fundo, ento, devemos usar filtros passa-baixa para

eliminarmos todas as altas frequncias, correspondendo borda dos objetos, e chegar

iluminao de fundo.

A composio colorida consiste em associar as imagens monocromticas de cada

banda s cores primrias RGB (Red Vermelho / Green Verde / Blue Azul), com o

objetivo de apresentar simultaneamente as informaes de trs bandas espectrais em


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composies coloridas, que facilitam e enriquecem a interpretao visual dos alvos (IBGE,

2001). Como exemplo de composio colorida temos a Figura 2Cque associa a banda 3 cor

vermelha (R), a banda 4 cor verde (G) e a banda 5 cor azul (B).

De acordo com Souza (2012) as reas urbanas, no podem ser caracterizadas por um

comportamento espectral padro. A vegetao, os corpos aquticos e os solos, so superfcies

relativamente homogneas em termos de cobertura, porm nas reas urbanas prevalece a

heterogeneidade das coberturas. As reas urbanas so fisicamente formadas por uma grande

diversidade de materiais (superfcies de concreto, asfalto, telhados de vrios materiais, solo,

vegetao arbrea e grama, gua entre outros), com formas, alturas e arranjos, tambm

variados, assim, em uma imagem orbital, o pixel pode representar vrias coberturas, o que

torna as reas urbanas complexas do ponto de vista espectral. Na Figura 2D, pode-se observar

a similaridade espectral entre uma rea urbana e uma rea de cultivo de cana.

Figura 2 - (A) Exemplo de Histograma de baixo contraste ( esquerda) e de alto contraste (

direita). Fonte: Modificado de INPE (2006). (B) Exemplo de mscara de 3 x 3. Fonte:

Modificado de INPE (2006). (C) Exemplo de gerao de composio colorida. Fonte: Brust

(2010). (D) Imagem do satlite Landsat TM 5, na composio colorida (RGB-543) adquirida

em 20/09/1995. Fonte: Souza (2012).

De acordo com Lima (2010) possvel classificar e agrupar os alvos de uma imagem a

partir dos vrios nveis de informaes espectrais detectadas atravs da adequao das

imagens digitais, utilizando-se os procedimentos do pr-processamento. Assim, pode-se criar

um nico nvel de informao temtica (categorias ou classes) para cada elemento

identificado, e dessa forma gerar mapas temticos. Os mtodos utilizados na classificao das

imagens de satlite variam com o tipo e complexidade do ambiente analisado, caractersticas

do sensor e satlite utilizado, aspectos sazonais que alteram as caractersticas dos alvos e da

incidncia de energia solar, extenso da rea de estudo, equipamentos e recursos humanos

disponveis, grau de conhecimento do ambiente por parte do intrprete, entre outros. A

classificao a principal etapa do processamento de imagens, a partir do qual so extradas

as informaes necessrias para diversas aplicaes. Pode ser realizada atravs de trs

tcnicas bsicas:Interpretao Visual;Classificao Digital No Supervisionada;Classificao

Digital Supervisionada.

A interpretao visual de imagens de satlite consiste em identificar as feies

impressas nessas imagens e determinar seu significado atravs de chaves de interpretao,

onde fundamental por parte do analista o conhecimento da rea a ser mapeada (LIMA,


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2010). De acordo com Soares-Filho (2000) as caractersticas das imagens, tais como:

Tonalidade, Cor, Textura, Forma, Estrutura, Sombra e contexto so as chaves de uma boa

interpretao. A partir dessas caractersticas pode ser estruturado um mtodo de identificao

por chaves que se apoia em um estudo comparativo atravs de objetos e feies conhecidas

que so utilizadas como guias.

Maillard (2001) diz que na classificao Supervisionada, o intrprete j possui um

conhecimento da rea de estudo, que podem ser utilizados como amostras de treinamento para

o algoritmo de classificao, de forma que os dados de cada classe temtica podem ser

generalizados para toda cena, agrupando cada pixel da imagem de acordo com as classes

amostradas. Existem diversos algoritmos de classificao supervisionada implementados em

aplicativos computacionais, sendo o algoritmo Maxver (Mxima Verossimilhana) um dos

mais utilizados para classificao digital de imagens pixel a pixel.INPE (2006) define que o

algoritmo de classificao Maxver utiliza mdia e a covarincia das amostras de treinamento

para assinalar um pixel desconhecido de uma classe, assim pode-se computar a probabilidade

estatstica de um pixel desconhecido pertencer a uma ou outra classe, atribuindo a este pixel a

classe qual ele tem maior probabilidade de pertencer, utilizando o critrio de mxima

verossimilhana.

Em qualquer procedimento de classificao de imagens de satlite o objetivo a

gerao de mapas temticos, que devem transmitir a realidade do terreno da forma mais

precisa possvel. Para isso, deve ser verificado o nvel de incerteza destes mapas atravs de

ndices de exatido, para que as informaes obtidas possam ser utilizadas adequadamente

(LIMA, 2010). Segundo Mangabeira, Azevedo e Lamparelli (2003) um dos parmetros mais

utilizados e eficientes na determinao da exatido de mapas temticos o ndice Kappa, que

obtido mediante a adoo de uma referncia para a comparao dos mapeamentos

produzidos. A determinao deste ndice feita com base numa tabulao cruzada entre as

quantidades de dados amostrais de referncia e da imagem classificada, estruturada numa

matriz quadrada, denominada matriz de erros ou de confuso.Segundo Campbell (1987) a

estimativa Kappa pode ser representada pela seguinte relao exposta na Equao 2.

K = (observado esperado) / (1 esperado) (2)

Observado = valor global para o percentual de pixels corretos;

Esperado = valor calculado, usando os totais de cada linha e cada coluna da matriz,

denominados de valores marginais.

Os resultados do Coeficiente Kappa variam de 0 a 1, indicando de forma crescente o

grau de concordncia ou exatido do mapa classificado com relao aos dados de referncia, e

podem ser agrupados em intervalos de acordo com aTabela 1.

Tabela 1 - Intervalos de valor do coeficiente Kappa e respectivos graus de concordncia.

Fonte: Landis e Koch (1977).

Valor de Kappa Concordncia

0 Pssima

0,01 0,20 Ruim

0,21 0,40 Razovel

0,41 0,60 Boa

0,61 0,80 Muito boa

0,81 1,00 Excelente

Dependendo do valor do coeficiente Kappa encontrado, e das necessidades e objetivos

do trabalho, podem ser feitas correes a fim de garantir um refinamento da qualidade

informativa do mapa. Os dados obtidos podem ser utilizados em conjunto com outros planos


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de informao em ambiente SIG, possibilitando sua integrao e manipulao como base de

dados para sistemas de suporte a deciso (LIMA, 2010).

METODOLOGIA

A imagens de satlite Landsat, sensor TM-5 foram adquiridas do INPE nas bandas

1,2,3,4,5 e 7, na rbita/ponto 216/74 do municpio de Alegre-ES, nos anos de 1985, 1997,

2001 2006 e 2011. Foi utilizada tambm a ortofoto do municpio (IEMA, 2007) para servir

como base para o registro das imagens de satlite e tambm para comparao visual com a

classificao.

Para a elaborao dos mapas foram utilizados os softwares SPRING 5.2 e ArcGIS

10, sendo o que primeiro foi utilizado para o tratamento e processamento digital das imagens

de satlite e o segundo para confeco final dos mapas de vegetao, hidrografia, topografia,

solos e das classificaes.

Durante o pr-processamento foram aplicadas as tcnicas de Processamento Digital de

Imagens, com o objetivo de georreferenciar e melhorar a qualidade das imagens, para uma

melhor visualizao, facilitando a identificao e extrao de informaes contidas nas

imagens digitais, aumentando assim o potencial de diferenciao dos alvos e

consequentemente obtendo melhores resultados na classificao das imagens. As bandas 3, 4

e 5 foram restauradas para a resoluo de 15m.

Foi aplicado contraste nas bandas 3, 4 e 5, modificando o histograma original como

mostra o Quadro 1.

Quadro 1 - Mudana no histograma das bandas 3, 4 e 5, aps contraste aplicado na imagem

de 1985 do satlite Landsat - TM 5. Fonte: Autores.

Bandas Histograma Original Histograma (Contraste)

Banda 3 Vermelho

Banda 4 Infravermelho Prximo

Banda 5 Infravermelho Mdio

Foi aplicada a filtragem linear utilizando uma matriz 2x2 (Quadro 2) apropriada para

imagens Landsat TM no software SPRING, com o objetivo de suavizar as imagens, realando

assim a visualizao das bandas e obtendo imagens com mais nitidez.

Quadro 1 - Matriz utilizada na filtragem de imagens Landsat TM. Fonte: INPE (2006)

3 -7 -7 3

-7 -7 13 -7


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-7 13 13 -7

3 -7 -7 3

Para identificao das amostras de treinamento foi utilizada a combinaoRGB-543 o

que destacou melhor as reas urbanas. Para a classificao foram definidas duas classes: rea

urbana e No urbana. Em seguida foram coletadas as amostras de treinamento para cada

classe, como pode ser observado na Figura 3.

Figura 3 - Amostras utilizadas para classificao da imagem de 2011, em amarelo, amostras

da classe urbana e, em branco, amostras da classe no urbana. Fonte: Autores.

RESULTADOS E DISCUSSES

Usando a metodologia acima descrita, sero apresentados abaixo os resultados obtidos

a partir do processamento das imagens e da classificao da rea urbana do municpio de

Alegre-ES, para os anos de 1985, 1997, 2001, 2006 e 2011.

O georreferenciamento foi executado utilizando-se feies semelhantes em duas

imagens para determinao dos pontos de controle, como cruzamento de estradas, reas de

vegetao, rea urbana e rios. A resoluo das imagens (30 metros) pode atrapalhar, pois

devido ao baixo nvel de detalhe, fica difcil determinar o ponto semelhante nas duas imagens

de forma exata. No entanto, o RMS ficou em torno de 0,3, de acordo com a equao (1),

mostrando que a diferena entre as coordenadas dos pontos de controle das imagens a serem

ajustadas e os pontos de controle da fonte de dados de referncia ficou pequena, significando

uma boa preciso.

O processo de restaurao para a resoluo de 15metros mostrou uma melhora na

nitidez da imagem restaurada (Figura 4B) em comparao com a imagem original (Figura

4A).


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Figura 4 - Composio colorida RGB 543 da imagem Landsat-TM 5 de 1985 da cidade de

Alegre-ES, com resoluo de 30m (A) e restaurada para 15m (B).

Fonte: Autores.

A aplicao do contraste nas bandas 3,4 e 5, permitiu um maior contraste entre as

feies da imagem com contraste (Figura 5B) em comparao com a imagem sem contraste

(Figura 5A).

Figura 5 - Composio colorida RGB 543 da imagem Landsat-TM 5, do ano de 1985 da

cidade de Alegre-ES, sem aplicao de contraste (A) e com aplicao de contraste (B).

Fonte: Autores.

A filtragem espacial permitiu observar maior nitidez da imagem para distino das

feies da imagem com filtro (Figura 6B) em comparao com a imagem sem filtro (Figura

6A).


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Figura 6 - Composio colorida RGB 543 da imagem Landsat-TM 5, do ano de 1985 da

cidade de Alegre-ES, sem aplicao de filtragem (A) e aps filtragem (B).

Fonte: Autores.

Na Figura 7 temos as imagens em composio RGB 543, correspondentes

evoluo urbana de Alegre, nos anos de 1985, 1997, 2001, 2006 e 2011. Ao compar-las,

podemos observar um aumento significativo da mancha urbana, este aumento pode ser

observado principalmente nas regies sul e oeste da cidade.

Figura 7 - Composio RGB 543 da rea de estudo para os anos analisados.

Fonte: Autores.

Na Figura 8 podemos observar as classificaes realizadas pelo classificador Maxver

utilizando duas classes: rea urbana (Azul); No urbana (Branco).


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Figura 8 - Classificaes da rea Urbana de Alegre para os anos analisados.

Fonte: Autores.

A Tabela 2 mostra a exatido das classificaes realizadas e as reas correspondentes

classe urbana para cada ano, o ndice Kappa (Equao (2)) variou de 0,93 a 0,98. Este

resultado pode ser considerado excelente de acordo com a Tabela 1.

Tabela 2 -Exatido das classificaes e reas urbanas calculadas. Fonte: Autores.

1985 1997 2001 2006 2011

ndice Kappa 0,95 0,97 0,95 0,93 0,98

rea Urbana (km2) 8,05 9,68 7,71 10,79 7,58

Apesar do alto ndice de desempenho das classificaes possvel observar regies de

confuso na classificao das amostras das duas classes. Observando as reas calculadas,

percebemos que no h um aumento contnuo da rea urbana nas classificaes, pois a rea do

ano de 1997 foi maior que a rea de 2001, que por sua vez menor que a de 1985 e, ainda, a

rea de 2011 menor que a de 2006, isso possivelmente est associado confuso do

algoritmo ao identificar as classes.

Ao compararmos a ortofoto da rea de estudo com a classificao de 2011 (Figura 9),

podemos perceber regies de solo exposto, sombras, reas de vegetao e estradas

classificadas como reas urbanas. possvel observar tambm a ocupao irregular da cidade,

principalmente em reas prximas a rios e em topo de morros, que contribuem para

problemas urbanos de inundaes e deslizamento de encostas.


20

Figura 9 - Comparao da ortofoto do ano de 2007 (a esquerda) com a classificao de 2011

(a direita), com foco na rea urbana da cidade de Alegre - ES.

Fonte: Autores.

possvel observar um aumento significativo da rea urbana da sede se compararmos

visualmente as imagens de 1985 e 2011, este aumento se d principalmente nas regies de

periferia, mas tambm podemos observar um adensamento dos pixels na regio central da

sede, diminuindo a quantidade de reas arborizadas no centro, como possvel observar na

Figura 10.

Figura 10 - Detalhamento das imagens de 1985 e 2011, mostrando a classificao da rea

urbana.

Fonte: Autores.

Estes resultados j eram esperados e podem ser explicados, como mostra o trabalho de

Correia et al. (2007), devido dificuldade em estabelecer essas classes temticas na resoluo

das imagens de satlite utilizadas que, por no possuir um nvel de detalhe elevado, possuem

uma limitao para discriminar alvos com uma mistura de vrios elementos, como o caso da

rea urbana, gerando impactos na resposta espectral das imagens, refletindo assim na

caracterizao dessas classes.O fato de terem sido admitidas somente duas classes tambm

pode ter influenciando no resultado da classificao, pois algumas amostras apresentaram

distribuio bimodal, no entanto o erro foi muito baixo (em torno de 5%), minimizando este

problema. Outro fator que tambm pode ter influenciado no resultado o tamanho das

amostras de treinamento do algoritmo.


21

Costa e Alves (2005) ao monitorar a expanso urbana do municpio de Campos dos

Goytacazes, tambm tiveram problemas devido confuso entre duas classes, onde a textura

dos cordes litorneos se confundia com a textura da urbanizao, e concluram que era

necessrio possuir um conhecimento prvio da rea para realizar o estudo. Isso mostra que a

interpretao visual, admitindo que o interprete possua um conhecimento prvio da rea,

fundamental, pois o classificador mesmo com amostras apresentando um desempenho

elevado ainda assim pode apresentar erros nos resultados.

CONCLUSO

A metodologia utilizada para a anlise multitemporal do crescimento da mancha

urbana de Alegre para os anos de 1985, 1997, 2001, 2006 e 2011, efetuada no presente

trabalho, mostrou-se eficiente, tornando possvel visualizar as transformaes ocorridas no

intervalo de tempo de 26 anos. Assim, outros resultados poderiam ser encontrados caso a

anlise fosse feita em outros perodos e com diferentes intervalos.

O software SPRING se mostrou uma boa ferramenta para se analisar as questes de

urbanizao e por ser disponvel gratuitamente, serve como opo para o planejamento urbano

municipal com um baixo custo.

Um estudo mais detalhado, utilizando-se imagens com uma melhor resoluo espacial

e espectral e em diferentes perodos, diminuindo o intervalo de tempo entre imagens, pode

obter dados para um planejamento urbano mais detalhado, diminuindo assim os riscos

causados pela ocupao de reas indevidas.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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24


Gelogo Autnomo, Rio de Janeiro, RJ

Mestrando em Agroqumica, Universidade Federal do Esprito Santo, Alegre, ES

Departamento de Geologia, Universidade Federal do Esprito Santo, CCENS, Alegre, ES 4 Instituto Federal do Esprito Santo, Campus Ibatiba, Ibatiba, ES

25

Captulo 2

Utilizao de anlise multicritrio e mapeamento no estudo da adequabilidade a

prospeco de mangans, no sul do Estado do Esprito Santo

Fbio Cardoso de Souza Santos, Eduardo Baudson Duarte, Fabricia Benda de Oliveira,

Jlia Sesana Maciel3, Carlos Henrique Rodrigues de Oliveira4

INTRODUO

Desde os primrdios, na civilizao Egpcia, o mangans j era usado como parte do

composto qumico para a produo de vidro. Com o avano das civilizaes, esse elemento

passou a possuir outras aplicaes, tanto no setor metlico quanto no no-metlico. Das

diversas utilizaes do mangans, a mais importante seria a produo das ligas de ao,

constitudas pela mistura de ferro e mangans. Outras ligas tambm so produzidas com a

combinao do mangans com diferentes metais, como as ligas de cobre, zinco, alumnio,

estanho e chumbo. O mangans tem a propriedade de dessulfurizao (retirada do enxofre) e

deoxidante, tornando melhor as caractersticas fsicas e qumicas das ligas de ao (SAMPAIO

et al., 2005).

Sabe-se que a indstria do ao absorve cerca de 92% de toda produo mundial do

minrio de mangans, no sendo diferente no Brasil, onde o uso tambm liderado pela

metalurgia (85%), seguido da fabricao de pilha (10%) e a indstria qumica (5%) (COSTA,

2004). No Estado do Esprito Santo as jazidas de mangans at o momento esto localizadas

unicamente no municpio de Guau, com cerca de um milho de toneladas, porm a

prospeco deste elemento ainda est em fase de pesquisa (DNPM, 2013).

Tendo em vista a importncia do elemento mangans para a indstria, se faz

necessrio o investimento em pesquisas para o reconhecimento, mapeamento e amostragens

desse elemento. Do reconhecimento em campo, at a explotao, existem vrias etapas que

utilizam diversas metodologias (PEREIRA, 2012), entretanto o presente trabalho est focado

na fase de reconhecimento de reas que possuam favorabilidade para a presena do mangans,

utilizando a anlise multicritrio como ferramenta base do estudo.

A anlise multicritrio baseada em uma modelagem matemtica, utilizando

parmetros ponderados, relacionados rea de estudo e ao bem mineral de interesse,

envolvendo ainda parmetros correlacionados atravs das observaes analticas e de campo.

Atravs da anlise multicritrio so gerados os mapas de favorabilidade, que tem se mostrado

de grande valia no auxlio de identificao de reas alvo na exploraode bens minerais,

reduzindo o tempo e o custo com pesquisas (ARAJO e MACEDO, 2004).

A anlise multicritrio consiste em um conjunto de tcnicas que visam auxiliar um

agente decisor a tomar decises acerca de um problema complexo, ponderando e propondo

alternativas para solucion-lo, utilizando diferentes critrios e pontos de vista pr-

estabelecidos. As decises so sempre pautadas com base nos critrios considerados

relevantes para a resoluo do problema em questo, podendo existir diversos critrios, onde

cada um possui seu grau de importncia (JANUZZI et al., 2009).


26

As tcnicas de geoprocessamento utilizadas na confeco dos mapas de favorabilidade

para ocorrncia de mineralizaes como, ouro, chumbo, zinco e cobre, vm obtendo

resultados satisfatrios ao longo das ltimas dcadas (ARAJO e MACEDO, 2004). Em

contra partida, ainda existem poucos estudos onde se aplica as tcnicas de anlise de

favorabilidade para estudo de mineralizaes de mangans.

Este trabalho teve por objetivo geral identificar reas que possuam alta favorabilidade

para a prospeco de mangans na poro Sul do Estado do Esprito Santo, utilizando tcnicas

de geoprocessamento, atravs da anlise multicritrio, mapeamento e anlises de campo para

comprovar ou no a veracidade dos dados obtidos com o geoprocessamento.

LOCALIZAO E VIAS DE ACESSO

A rea de trabalho est localizada na macrorregio Sul do Estado do Esprito Santo, na

regio da divisa entre os estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e Esprito Santo. Situasse

entre os municpios de Guau, Divino de So Loureno, Dores do Rio Preto e So Pedro de

Rates (distrito de Guau), sendo delimitada pelas coordenadas UTM S 7.698.000 m e

7.712.000 m e E 206.000 m e 218.000 m (Figura 1).

Figura 1 - Localizao da rea de estudo no Brasil e no Estado do Esprito Santo,

representada com as principais vias de acesso. Fonte: Autores.

REVISO BIBLIOGRFICA/GEOLOGIA REGIONAL

CONTEXTO GEOLGICO

O arcabouo geolgico (Figura 2) da rea composto pelo complexo Juiz de Fora,

Grupo Andrelndia, Lineamento Guau, rochas intrusivas gnaissificadas e depsitos mais

Utilizao de anlise multicritrio e mapeamento no estudo da adequabilidade a prospeco

de mangans, no sul do Estado do Esprito Santo

27

jovens como aluvies, colvios, pilhas ricas em caulim e outros resduos provenientes da

extrao de pegmatitos. O Complexo Juiz de Fora formado por ortopiroxnio-gnaisse de

composio flsica a mfica, ortopiroxnio-clinopiroxnio-anfiblio-gnaisse, gnaisse

migmattico bandado, migmatitos e gnaisses migmatizados. J o Grupo Andrelndia

composto por granada-biotita-gnaisse, anfiblio-biotita-gnaisse e gnaisse de composio

predominantemente granodiortica. O Lineamento Guau formado por anfiblio-biotita

gnaisse milonitizado, com ultramilonitos e milonitos. E as rochas intrusivas gnaissificadas,

so os gnaisses tonalticos de Manhuau, compostos por ortognaisses tonalticos,

granodiortico a trondhjemtico, com intercalaes de anfiblio-biotita gnaisse (HORN,

2007).

Figura 2 - Destaque da rea de estudo na Folha Espera Feliz - SF. 24-V-A-IV.

Fonte: Modificado de HORN et al. (2007).

GEOPROCESSAMENTO

O geoprocessamento ou processamento de dados geogrficos feito atravs de

tcnicas matemticas e computacionais e realiza o tratamento de informaes geogrficas em

ambiente virtual. Em conjunto, existe o sistema de informaes geogrficas (SIG) que capaz

de simular a realidade do espao geogrfico integrando informaes espaciais (BALDOTTO,

2014).

Dentro do ambiente computacional, as caractersticas de uma determinada rea, podem

ser analisadas e manipuladas com diversas tcnicas. A digitalizao de dados reais possibilita

a gerao de mapas observacionais e o conjunto desses mapas observacionais, depois de

manipulados, geram os mapas analticos. Os mapas analticos podem ser processados

utilizando operaes algbricas cumulativas, como adio, multiplicao e subtrao ou

atravs de modelos lgicos, como simultaneidade booleana, possibilidade fuzzy e

probabilidade bayesiana, onde seus produtos so chamados de mapas fundidos e mapas

integrados, respectivamente (SILVA, 2003).

Rodrigues (2012) utilizou tcnicas de geoprocessamento a fim de realizar um estudo

sobre a mineralizao de ouro no cinturo de Gurupi, Folha Centro Nova do Maranho,

MA/PA, com o auxlio da lgica fuzzy. A aplicao do mtodo permitiu identificar reas de


28

favorabilidade para a presena de mineralizaes aurferas. Grande parte das reas destacadas

coincidiram com os jazimentos conhecidos, comprovando a eficcia do mtodo e dando maior

confiabilidade para as novas reas indicadas pela modelagem.

Cunha et al. (2001) utilizaram o geoprocessamento na avaliao da favorabilidade para

a prospeco mineral de cromo na regio de Pinheiros Altos no municpio de Piranga, em

Minas Gerais, com auxlio da tcnica de processo hierrquico analtico e obtiveram resultados

satisfatrios, conseguindo reas coerentes para o modelo prospectivo adotado.

Baldotto (2014) utilizou geoprocessamento e tcnicas de anlise multicritrio,

aplicando lgica fuzzy, booleana e tcnica de processo hierrquico analtico (AHP) para

delimitao de reas favorveis prospeco de gua subterrnea no Sul do Estado do

Esprito Santo. As tcnicas se mostraram eficazes para o tipo de anlise realizada, permitindo

a integrao de dados geolgicos que influenciam diretamente na disponibilidade de gua em

sistemas aquferos cristalinos.

Benda et al. (2014) fizeram uso do geoprocessamento, em conjunto com a lgica

fuzzy, para criao de zoneamento no Parque Estadual da Cachoeira da Fumaa-ES para fins

de conservao. Utilizaram como fatores os mapas de declividade, uso do solo e massa de

gua e tiveram como produto final o mapa de final de adequabilidade para conservao. A

metodologia empregada possibilitou a identificao de reas especficas e com maior

vulnerabilidade ao uso pblico, e permitiu um melhor direcionamento no trabalho dos

gestores com um menor custo financeiro ao poder estadual.

ANLISE DE FAVORABILIDADE

A anlise de favorabilidade de fundamental importncia em um processo decisrio.

Atravs desta anlise possvel dividir o espao geogrfico em parcelas hierarquizadas,

segundo um grau de favorabilidade. A favorabilidade pode ser medida por meio de valores

relativos ou probabilsticos, avaliando-se, respectivamente, a possibilidade ou a probabilidade

de ocorrncia de algum fator ou varivel na rea de interesse. Essa tcnica vem sendo

aprimorada medida que a tecnologia de SIG vai evoluindo, e cada vez mais est sendo

utilizada pela indstria mineral e por agncias do governo como um dos meios de menor

custo para avaliao de reas de interesse na explorao de recursos minerais (ROCHA et al.,

2000).

Vidal et al. (2005) descreveu a anlise de favorabilidade como um mtodo diferente

dos demais, onde ao invs de analisar isoladamente cada varivel amostrada, os atributos

georreferenciados so particionados em clulas e correlacionados espacialmente, dando

origem aos mapas de favorabilidade. Levando em considerao a distribuio espacial e a

coexistncia entre variveis e depsitos, a anlise de favorabilidade torna possvel inferir

quanto e de que modo cada varivel mapeada est associada ao processo e,

consequentemente, em que grau ele indica a existncia de um bem mineral.

Para Rostirolla (1996) a utilizao da anlise de favorabilidade na prospeco

geolgica, est fundamentada em um estudo estatstico de fatores que viabilizam ou no a

existncia de depsitos minerais. A base do estudo est fundamentada na ponderao e

associao espacial de dados geolgicos e geofsicos com fins exploratrios. O intuito

principal dessa avaliao diminuir custo e tempo de pesquisa, identificando reas com maior

potencial para descobertas.

Os critrios utilizados nessa anlise podem ser de natureza restritiva ou relativa. Os

critrios restritivos atuam como limitadores das alternativas em questo e so responsveis

por excluir reas de acordo com determinadas condies pr-estabelecidas. Representam

restries absolutas ao que se deseja estudar e descartam todas as reas que no atendem a

alguma restrio que elas representam. Estes critrios so sempre de carter booleano,



29

representando sim ou no na anlise. Os critrios relativos (escalonados) so utilizados

para realar ou diminuir a adequabilidade de uma alternativa especfica, para uma atividade

ou objeto, definindo um determinado grau de aptido para a rea considerada. Os critrios

escalonados definem regies ou alternativas em termos de uma medida contnua de

adequabilidade, variando de 0 at 255, onde zero possui adequabilidade nula e 255 a

adequabilidade mxima, para o empreendimento analisado. Estes critrios so sempre de

carter fuzzy (EASTMAN, 2003; KOHAGURA, 2007).

Dentro da anlise fuzzy existem as funes de pertinncia, e podem ser de nove tipos:

linear, curva Z, pi, beta triangular, trapezoidal, gaussiana, cautchy e sigmoide, sendo a ltima

mais utilizada nesse tipo de estudo, por se adaptar melhor aos dados de origem ambiental.

Esse tipo de funo sigmoidal pode ser monotnica crescente, decrescente e simtrica

(KOHAGURA, 2007).

No estgio em que realizada a combinao de dados para gerao da regra de

deciso, pode ser utilizada a anlise multicritrio, onde diversos fatores, com seus

determinados pesos de importncia so combinados. Saaty (1977 citado por MORETTI et al.,

2008) props a utilizao da tcnica de Processo Analtico Hierrquico (Analytic Hierarchy

Process AHP) no auxlio da deciso de quais fatores so mais importantes dentro do

determinado empreendimento, visto sua relativa simplicidade de aplicao e entendimento.

Considerando que o decisor dever executar a anlise paritria entre os critrios e entre os

subcritrios, a ferramenta utiliza-se da Escala Fundamental de Saaty (1977 citado por

MORETTI et al., 2008), apresentando as opes para esta comparao, que correlacionam

valores de acordo com o entendimento do operador (MORETTI et al., 2008).

METODOLOGIA

Para a realizao desse trabalho foram utilizados dados digitais: vetores de curvas de

nvel e redes de drenagem adquiridos do Geobases (2002), mapa geolgico de rea de estudo

que foi digitalizado e modificado da Carta Geolgica Folha Espera Feliz SF.24-V-A-IV

(HORN, 2007), mapa geolgico regional e mapa de pontos, ambos feitos com base nos dados

obtidos durante a etapa de campo.

A metodologia adotada neste trabalho inclui a coleta e tratamento dos dados, por meio

de aquisio, armazenamento, e descrio para posterior anlise em ambiente digital tanto de

arquivos vetoriais quanto matriciais de toda a regio do estudo (BALDOTTO, 2014).

Na etapa inicial do trabalho, foi realizada uma pesquisa bibliogrfica onde foram

consultadas informaes pr-existentes da rea de estudo, principalmente informaes

geolgicas e metodologia anloga a que foi utilizada.

Na segunda etapa do trabalho foi realizado o geoprocessamento dos dados, a gerao e

padronizao dos fatores e restries e aplicao da anlise multicritrio. Sendo esses itens

descritos nos seus respectivos sub-tpicos abaixo.

ETAPA DE CAMPO

A etapa de campo foi realizada em um total de 11 dias entre os meses de setembro a

novembro de 2014. Essa etapa consistiu no caminhamento pela rea, descrio dos diversos

litotipos e tentativa de identificao do mangans fazendo uso da gua oxigenada que reage

na presena de mangans, gerando na superfcie da rocha um fluido branco espumoso.

GEOPROCESSAMENTO


30

Nessa etapa foram organizados e confeccionados todos os mapas necessrios para a

realizao do trabalho em ambiente de SIG. O banco de dados inicial foi organizado com o

intuito de possuir o mximo de informaes e recursos para facilitar e acelerar os processos de

anlises empregados neste trabalho.

O mapa geolgico e o mapa de pontos foram gerados com dados de campo, atravs de

anlise de afloramento e descrio macroscpica de rocha. O mapa de modelo digital de

elevao foi elaborado utilizando as curvas de nvel da regio de estudo.

GERAO DE MAPAS DE RESTRIO E FATORES

Foram definidas duas restries e trs fatores, tendo como meta a gerao do mapa de

favorabilidade. As restries atuam como limitadores das alternativas em questo e so

responsveis por excluir reas de acordo com determinadas condies pr-estabelecidas,

sendo consideradas as reas de Preservao Permanentes, conforme os artigos 2 e 3 da

Resoluo n 303 do CONAMA (2002), e as localidades fora do limite da rea de estudo.

Os trs fatores escolhidos foram padronizados em uma escala de adequabilidade que

varia de menos apto (0) a mais apto (255) e foi utilizado a tcnica de processo analtico

hierrquico (AHP) para a comparao entre os fatores, seguindo uma ordem de prioridade,

sendo considerados na ordem de maior para menor importncia, a litologia, a declividade e a

cota.

O fator litolgico foi levado em considerao pois a presena da rocha essencial para

gerao de qualquer depsito mineral e o fator possui a finalidade de identificar as litologias

que apresentam composio mineralgica mais favorvel para a formao de depsitos

laterticos. Este fator foi realizado baseando-se no mapa geolgico gerado atravs de anlises

em campo e descrio macroscpica de rochas. Das oito litologias identificadas e descritas em

campo, apenas duas foram encontradas associadas a depsitos laterticos de mangans, que

so o leucognaisse e o biotitito. Devido a essa caracterstica, essas duas litologias foram

consideradas com maiores graus de importncia dentro do fator, entretanto, como foram

encontrados mais depsitos laterticos associados ao leucognaisse do que ao biotitito, o grau

de importncia do leucognaisse foi considerado maior do que o do biotitito. As outras

litologias, que no apresentaram associao a depsitos de mangans, tiveram seu grau de

importncia calculado a partir da composio mineralgica da rocha, visto que, cada mineral

que compe a rocha pode ter ou no, na sua estrutura qumica, a presena do elemento

mangans. Na Tabela 1 esto todas as litologias encontradas em campo com seus respectivos

valores de favorabilidade, que foram atribudos seguindo a metodologia descrita acima.

Quadro 1 - Normatizao das classes litolgicas. Fonte: Autores.

Litologia Valor atribudo

Leucognaisse 255

Biotitito 200

Granada-Biotita Gnaisse 100

Granada-Biotita-Feldspato Protomilonito 100

Granada-Biotita-Piroxnio Gnaisse 100

Biotita-Piroxnio Granulito 50

Biotita Gnaisse 50

Leucogranito 50

O fator declividade tem como principal finalidade a identificao de reas planas.

Biondi (2003) descreveu que para a gerao de depsitos laterticos, seja residual ou

supergnico, independentemente de qual minrio est sendo estudado, necessita-se de um



31

terreno com menor declividade para facilitar sua acumulao. Com estas informaes, o fator

declividade passa a ter um grau alto de importncia dentro da anlise multicritrio, ficando

abaixo apenas do fator litolgico.

A normatizao do mapa de declividade foi feita utilizando a funo de pertinncia

fuzzy sigmoidal monotnica decrescente, onde as reas planas e com at 10 graus de

inclinao foram consideradas de mxima adequabilidade (255), no momento em que o valor

da inclinao ultrapassa os 10 graus essa adequabilidade decresce at chegar ao valor mnimo

(0) onde a inclinao de 30, e acima deste valor de inclinao a adequabilidade torna-se

nula. Estes valores foram adotados levando-se em considerao tudo o que foi estudado na

pesquisa bibliogrfica, em trabalhos como o de Biondi (2003), Neto e Costa (2010) e

Leonardi e Ladeira (2012) e observaes realizadas em campo.

Neto e Costa (2010) realizaram o mapeamento de unidades geomorfolgicas da Bacia

do Rio Cauam-RR, no qual foi possvel identificar deposio latertica onde a declividade

variava de 0,1 a 3 graus, terrenos relativamente planos. Esse estudo confirma a pr-disposio

da formao de depsitos laterticos em regies mais aplainadas.

Leonardi e Ladeira (2012) fizeram uma anlise hipsomtrica da Regio Nordeste do

Quadriltero Ferrfero-MG, associado ao material de origem. Nesse estudo foi possvel

evidenciar, na base do Complexo Alegria, uma superfcie plana que ultrapassou oito

quilmetros de extenso, com declividade inferior a 5, que est associada Crosta Latertica

de Ferricrete Contnua. Sendo est mais uma evidncia da pr-disposio da formao de

depsitos laterticos em regies mais aplainadas.

O fator cota teve como objetivo a identificao de reas cujas cotas esto prximas de

mil metros de altitude, geralmente topo de morros, pois para haver a formao e

desenvolvimento de depsitos laterticos, necessrio que o ambiente gerador possua alguns

parmetros essenciais, como: alta taxa de pluviosidade atuando na lixiviao, relevo pouco

inclinado para minimizar a ao erosiva resultante da alta pluviosidade, alta taxa de

percolao de gua para mobilizar a matria lixiviada e por fim, cotas topogrficas elevadas

em relao ao nvel de base regional, sendo essencial para promover uma taxa contnua nos

processos citados acima (ALEVA, 1994). Devido a esta caracterstica de condicionar uma

taxa contnua nos processos essenciais para gerao de depsitos laterticos, o fator cota est

presente na anlise multicritrio deste trabalho, possuindo um grau de importncia inferior ao

fator litolgico e ao fator declividade, porm sendo fundamental para comprovar a eficcia do

estudo.

A normatizao do fator cota foi realizada utilizando a funo de pertinncia fuzzy

sigmoidal monotnica crescente, onde reas inferiores a 600 metros foram consideradas de

adequabilidade mnima (0), medida que o valor da cota sobe a adequabilidade cresce at

atingir a cota de 800 metros, onde a adequabilidade torna-se mxima (255), e com isso, todas

cotas acima de 800 metros possui adequabilidade mxima. Para definio dos valores

adotados nesse fator levou-se em considerao as observaes realizadas em campo, reviso

bibliogrfica sobre depsitos laterticos e trabalhos como o de Morais et al. (2002) e Oliveira

et al. (2009).

Atravs do Processo Analtico Hierrquico foram gerados os pesos, onde seus valores

foram atribudos de acordo com o seu grau de importncia, utilizando como base a escala

fundamental de Saaty (1977 citado por MORETTI et al., 2008). Sendo assim, ficou

estabelecido que o fator litolgico moderadamente mais importante que o fator declividade,

o fator declividade moderadamente mais importante que o fator cota, e o fator litolgico

fortemente mais importante que o fator cota. Com os fatores normatizados e os seus

respectivos pesos calculados, os mapas foram agrupados utilizando a Combinao Linerar

Ponderada, onde os fatores foram multiplicados pelos seus pesos e em seguida somados, para

gerao do mapa de adequabilidade. Como no presente trabalho foi utilizada restrio, o


32

procedimento foi alterado, e a adequabilidade calculada por meio da combinao de fatores

foi multiplicada pela restrio, gerando o mapa de adequabilidade final.

Quadro 2 - Matriz de comparao par-a-par entre fatores. Fonte: Autores.

Fator Litologia Declividade Cota

Litologia 1

Declividade 1/3 1

Cota 1/5 1/3 1

Na Tabela 3 esto os valores correspondentes aos pesos calculados atravs do processo

analtico hierrquico utilizando a matriz de comparao. Os pesos demostram a influncia de

cada fator no mapa final de adequabilidade. Onde, o fator litolgico representou cerca de 64%

no valor final da anlise, o fator declividade contribuiu com aproximadamente 26% e o fator

cota representou 10%. A proporo de consistncia um valor que mostra o erro obtido no

clculo da matriz de comparao e neste caso, o erro foi de 0,03, estando dentro do limite

aceitvel de 0,1.

Quadro 3 - Resultado dos pesos calculados para cada fator. Fonte: Autores.

Fator Peso

Litolgico 0,64

Declividade 0,26

Cota 0,10

Com o mapa final de adequabilidade gerado foi possvel comparar os resultados

obtidos atravs da anlise multicritrio com os dados coletados em campo. E assim, discutir

sobre a confiabilidade da ferramenta de anlise multicritrio na obteno de reas com alta

adequabilidade para prospeco de depsitos de mangans.

RESULTADOS E DISCUSSES

Como resultados foram obtidos os mapas de fatores, que indicam como cada fator

influenciou no mapa final e utilizando esses mapas separadamente, possvel discutir sobre a

importncia de cada fator na anlise. Entretanto, quando realizada a integrao dos mapas

na anlise multicritrio em um nico mapa, torna-se mais fcil o julgamento das reas de

acordo com a adequabilidade.

A Figura 3 contm os mapas de fatores e restries utilizados nesse trabalho. O fator

litolgico apresentou grande favorabilidade na regio centro norte, devido essa rea ser

composta principalmente por rochas do tipo leucognaisse e biotitito, que geralmente esto

associadas a depsitos laterticos de mangans. O restante da rea apresentou favorabilidade

variando de mdia baixa, devido composio das rochas e os valores atribudos a cada

uma delas.

O leucognaisse foi considerado de muito alta favorabilidade em relao formao de

depsitos laterticos, visto que a maior parte dos depsitos encontrados em campo esto

associados a esse tipo rochoso. A litologia biotitito foi classificada com alta favorabilidade

formao de depsito latertico, uma vez que alguns depsitos laterticos foram encontrados

associados a esta rocha. Os litotipos granada biotita gnaisse, granada biotita feldspato

protomilonito e granada biotita piroxnio gnaisse foram considerados de mdia

favorabilidade, pois, apesar de no ter sido observado em campo qualquer associao destes

litotipos com depsitos laterticos, a composio mineralgica destas rochas podem permitir a



33

formao de algum tipo de depsito de mangans, lembrando que no apenas a mineralogia

que determina a formao de depsitos.

As rochas biotita piroxnio gnaisse, biotita gnaisse e Leucogranito foram classificadas

com baixa favorabilidade, uma vez que a composio mineralgica das mesmas dificilmente

permitir a formao de depsitos laterticos de mangans.

O fator cota ficou evidenciado uma grande adequabilidade indo desde a parte central

at o topo norte do mapa. Da poro central at a base sul do mapa, a adequabilidade ficou

bem dividida, variando de alta a nula. Resultados esses j esperados para esse fator, visto que

a regio de estudo e bastante montanhosa, estando sempre bem acima do nvel mdio do mar.

J pores com baixa ou nula adequabilidade esto associadas as reas mais baixas

simplesmente pela geomorfologia ou em alguns casos a canais de drenagem que ao longo do

tempo vo dissecando o relevo e tornando-o mais baixo.

O fator declividade, como esperado, apresentou uma grande quantidade de reas com

alta adequabilidade e boa distribuio, visto que apesar da regio de estudo est contida em

cotas elevadas, o relevo predominante pouco acidentado e os topos de morros so mais

aplainados.

A restrio hidrogrfica est presente neste trabalho com o intudo de identificar e

restringir todas as regies que fazem parte das reas de Preservao Permanentes, em reas

de Mata Ciliar. A restrio foi realizada isolando um raio de 50 metros no entorno de

qualquer corpo dgua, visto que dentro destas regies proibida a realizao de estudos

prospectivos (CONAMA, 2002).

Figura 3 - Mapas de Fatores e Restries. (A) Fator Litolgico; (B) Fator Cota; (C) Fator

Declividade; (D) Restrio Hidrogrfica. Fonte: Autores

No mapa final de adequabilidade (Figura 4A) observa-se que a rea mais favorvel

(255) prospeco de mangans proposta por este trabalho est localizada na parte superior

do mapa, distribuda de leste a oeste, porm possvel encontrar outras regies como na parte

central do mapa e uma pequena poro na regio sudoeste que, embora obtivessem


34

adequabilidade um pouco mais baixa (200-160), ainda possuem valores satisfatrios. O

restante do mapa apresentou uma adequabilidade variando de mdia (130) e baixa (50). A alta

adequabilidade encontrada na parte superior do mapa ocorre devido ao substrato rochoso ser

composta por leucognaisse, rocha com maior peso de importncia dentro do fator litolgico,

que por sua vez o fator de maior influncia dentro da anlise, e por essa regio apresentar as

maiores cotas da rea de estudo. Algumas regies que possuem alta adequabilidade para os

fatores declividade e cota obtiveram uma adequabilidade variando de mdia (130) a baixa

(50), isto porque o fator litolgico, que teve o maior peso na anlise, alcanou baixa

adequabilidade nessas reas do mapa. As pores no mapa que apresentaram adequabilidade

nula so aquelas onde as restries foram atuantes, neste caso, os corpos hdricos.

A etapa de campo obteve como produto um mapa de pontos (Figura 4B), onde foram

constatados pontos com a presena de mangans, pontos de depsitos de mangans j

descritos por outras literaturas e pontos que no possuam a presena do mangans. Vale

salientar que a descrio de um ponto representa no somente as caractersticas daquele exato

local, mas tambm do seu entorno. A gerao deste mapa teve com intudo facilitar a

amostragem dos pontos que possuem a presena de mangans e compar-lo com o mapa de

adequabilidade final.

Ao analisar o mapa de adequabilidade possvel perceber que todos os pontos

descritos em campo que possuam a presena de mangans esto associados a uma alta

adequabilidade. importante explicar que ao fazer o caminhamento de campo procurasse

sempre utilizar rotas de mais fcil acesso para percorrer a rea, como por exemplo, as redes de

drenagem. No caso deste trabalho, essa metodologia de caminhamento acabou acarretando

controvrsia no momento de anlise do mapa final, pois pontos nos quais ficou comprovada a

presena de mangans esto situados tanto dentro de pores de alta adequabilidade quanto de

adequabilidade nula, isto devido aos pontos terem sido coletados prximos s drenagens e o

sistema hidrogrfico da regio ser considerado uma restrio de acordo com CONAMA

(2002). Essa controvrsia no diminui a comprovao da eficcia da ferramenta da anlise

multicritrio, visto que os pontos representam uma rea muito maior do que aquele exato

local onde o ponto foi descrito e a malha de restrio hidrogrfica no nega a presena do

mangans, apenas restringe a explorao mineral por se tratar de uma rea de preservao

permanente.

No mapa de adequabilidade foi utilizada uma simbologia com a forma de um crculo

vazado nos pontos que tiveram a presena de mangans comprovada, com o intudo de

representar melhor a rea de influncia de cada ponto e tornar mais clara essa possvel

controvrsia ao se analisar o mapa. Os pontos que possuem a presena do mangans,

identificados na Folha Espera Feliz SF. 24-V-A-IV (HORN, 2007), foram associados a uma

adequabilidade variando de alta a mdia, resultados que reforam a eficcia da anlise

multicritrio como uma ferramenta eficaz para prospeco de mangans na regio proposta.

No mapa de adequabilidade final possvel observar que 60% de todos os pontos que

possuem a presena de mangans, independente se so pontos vistos em campo ou pontos

obtidos por meio de outras literaturas, esto localizados em regies de alta adequabilidade

(255 at 200) e os 40% restantes esto localizados em pores de mdia adequabilidade (130).



35

Figura 4 - A) Mapa de adequabilidade final com os pontos de amostragem e drenagens (azul)

com isolamento de 50 metros (branco), delimitando a restrio hidrogrfica de acordo com

CONAMA (2002); B) Mapa com discriminao de pontos onde no foi constatada a presena

de mangans (pontos pretos), pontos que possuam mangans (pontos vermelhos) e pontos

buscados na literatura que j tinham identificao de presena de mangans (pontos verdes).

Fonte: Autores.

CONCLUSO

A utilizao das tcnicas de geoprocessamento se mostrou eficaz para o tipo de estudo

realizado, permitindo a integrao de diferentes tipos de dados que influenciam diretamente

na formao de depsitos laterticos.

Analisando o mapa de adequabilidade final possvel afirmar que o objetivo, no qual

seria a avaliao de reas para a prospeco de mangans, obteve resultados satisfatrios visto

que na regio escolhida para o estudo, cerca de 30% da rea apresenta alta adequabilidade

(255 at 200), 40% possui mdia adequabilidade (aproximadamente 130) e apenas 30% da

rea ficou caracterizada por uma baixa adequabilidade (de 50 at 0).

A anlise multicritrio pode ser considerada uma ferramenta que possui resultados

satisfatrios quando utilizada com critrios embasados, alm disso, trata-se de uma

metodologia de baixo custo e fcil aplicabilidade, cujos resultados podem minimizar o custo e

o tempo da fase de prospeco e pesquisa.

O mapa de favorabilidade final apesar de ter resultados aceitveis, poder ser refinado

futuramente quando novos dados forem obtidos em campo, acrescentando-se novos fatores

como, por exemplo, anlises geoqumicas e pedologia.

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38


Programa de Ps-graduao em Engenharia Civil, Universidade Federal de Viosa, Viosa,

MG

Departamento de Geologia, Universidade Federal do Esprito Santo, CCENS, Naturais e da

Sade, Alegre, ES 3 Instituto Federal do Esprito Santo, Campus Ibatiba, Ibatiba, ES

39

Captulo 3

Definio de mapa litolgico e de lineamentos para anlise da suscetibilidade de ruptura

de taludes em atividades de minerao

Lzaro Corra Marcellino, Fabricia Benda de Oliveira, Julio Almeida Moreira2, Carlos

Henrique Rodrigues de Oliveira3

INTRODUO

O planejamento geotcnico na minerao torna-se um fator de extrema importncia,

pois as consequncias de um mau planejamento podem colocar em risco o empreendimento

mineiro. Uma vez que se impe a explorao do bem mineral em diferentes frentes de avano,

tem-se notado um avano dos limites da cava cada vez mais extremos, portanto criam-se

problemas geotcnicos cada vez mais complexos.

Com isso, os desafios ao longo dos anos so maiores, pois alm de se observar uma

tendncia no aprofundamento das cavas, exige-se a adoo de mtodos geotcnicos e

tecnolgicos que possibilitem, de forma segura e econmica, a lavra da substncia de

interesse (REIS, 2011).

Existem tambm vrios fatores que contribuem para a instabilidade de taludes, uma

vez que iniciada a lavra, os taludes possuem um carter temporrio, por isso adota-se fatores

de segurana menores quando comparados a obras civis. Apresentam tambm instabilidade

derivada das vibraes nos macios relacionadas as detonaes e ao constante trfego de

veculos pesados sobre as bancadas, por isso torna-se mais difcil a previso desses eventos de

ruptura (PARDO, 2009).

A deflagrao de um rompimento de talude pode estar condicionada a esses fatores

fsicos predisponentes supracitados, onde o grande desafio da comunidade cientfica est

relacionado a prever, quantificar, qualificar e temporizar o momento de ruptura do talude. A

necessidade de melhorias no planejamento geotcnico, aliados a tcnicas geomorfolgicas,

hidrolgicas, geoambientais e geolgicas dentro da minerao um fator importante na

mitigao de possveis desastres contra a vida, ao meio ambiente, perda de material, e

prejuzos econmicos incalculveis ao empreendimento, alm da necessidade de atender a

legislao vigente, que contm diversas exigncias.

Assim, do ponto de vista geotcnico, a estabilidade de taludes associado ao sistema de

informaes geogrficas (SIG) constitui ferramenta essencial na definio da geometria da

cava, alm de mitigar os riscos supracitados durante a atividade de lavra (GOMES et al.,

2005). Logo, o presente trabalho possui como objetivo o desenvolvimento de mapa litolgico

e de lineamentos, utilizando lgica fuzzy, para utilizao na anlise de susceptibilidade de

talude em uma atividade de minerao de ferro no Quadriltero Ferrfero (QF).

LOCALIZAO E VIAS DE ACESSO

A rea de estudo insere-se na regio do QF, o qual uma Provncia Mineral que

possui este nome em funo do arranjo geomtrico de sua morfoestrutura que se assemelha a

um quadrado. Localiza-se na poro centro-sudeste do Estado de Minas Gerais e perfaz uma

Definio de mapa litolgico e de lineamentos para anlise da suscetibilidade de ruptura de

taludes em atividades de minerao

40

rea de aproximadamente 7.000 Km, abrangendo os municpios de Sabar, Santa Brbara,

Mariana, Congonhas, Ouro Preto, Joo Monlevade, Rio Piracicaba, Itana e Itabira, entre

outros 21 municpios (Figura 1).

As principais vias de acesso s cidades so pelas rodovias federais BR-262 e BR-361,

e rodovias estaduais MG-129, MG-030, MG-040, entre outras. Outra forma de acesso ao QF

se d pela Estrada de Ferro Vitria Minas (EFVM), onde quase toda produo das minas de

minrio de ferro escoada at o Porto de Tubaro em Vitria (ES).

Figura 1 - Localizao das principais minas da VALE S.A. no QF. Fonte: Modificado de

Costa (2008).

REVISO BIBLIOGRFICA/GEOLOGIA REGIONAL

Segundo Caputo (1983) talude compreende quaisquer superfcies inclinadas que

limitam um macio de terra, de rocha ou ambos. Podem ser naturais, casos das encostas, ou

artificiais, como os taludes de cortes e aterros. So limitados na parte superior por uma Crista

ou Topo e na parte inferior por um P, como mostrado na Figura 2.

Figura 2 - Elementos geomtricos que compe um talude e so utilizados para o

dimensionamento do mesmo. Fonte: Dyminski (2007).

Contudo, considerando a estabilidade de taludes em atividade de minerao, os

elementos geomtricos de um talude tornam-se um pouco mais complexos, pois a cava final

de mina depender da conformao dos taludes, das rampas de acesso ao minrio, dos ngulos

entre as vrias bancadas existentes e da altura dos taludes. Para uma cava ser operacionalizada


41

e garantir a segurana geotcnica da mina, deve conter necessariamente os seguintes

elementos geomtrico (Figura 3).

Figura 3 - Elementos geomtricos para o dimensionamento dos taludes de uma cava. Fonte:

Relatrio Interno da Empresa (2013).

MTODOS DE ANLISE DE ESTABILIDADE DE TALUDES

A anlise de estabilidade de taludes nos permite verificar a possibilidade de

escorregamento de taludes, analisando-se as influncias relativas aos parmetros, como

exemplo parmetros de resistncia, litologia dentre outros, que visam obter um estudo para

um melhor entendimento dos mecanismos de ruptura citados anteriormente. As tcnicas de

anlise de estabilidade podem ser divididas em grandes grupos que so as anlises

probabilsticas, anlises determinsticas e anlises heursticas. Sendo que a anlise

probabilstica requer conhecimento das distribuies de probabilidade ou das funes de

densidade das variveis aleatrias do problema, ou seja, a definio da probabilidade de

ruptura, ver Figura 4 (DYMINSKI, 2007).

Definio de mapa litolgico e de lineamentos para anlise da suscetibilidade de ruptura de

taludes em atividades de minerao

42

Figura 4 - Representao probabilstica das tenses atuantes e resisten

geotecnologias e suas aplicaÇÕes · 2018-07-11 · análise da variação morfológica da linha...

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