A chuva tem sido considerada o principal agente deflagrador dos movimentos de massa por contribuir diretamente para a instabilização de encostas devido ao aumento de pressão de água no solo. Tendo em vista que este é um problema de interesse técnico e social, é grande o número de pesquisadores tentando estabelecer os níveis
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pluviométricos capazes de desencadear os diferentes tipos de movimentos de massa em encostas naturais e taludes.
As metodologias utilizadas nos estudos de correlação entre chuva e escorregamentos, buscam definir um índice mínimo ou máximo representativo de chuva crítica, a partir do qual tais processos são deflagrados. Segundo Guzzetti et al. (2007), estes limiares podem ser determinados tanto por modelos baseados em processos físicos ou empiricamente a partir de séries históricas de precipitação e/ou bases estatísticas, apresentando cada uma dessas metodologias suas vantagens e desvantagens.
A utilização de modelos de bases físicas para determinação de limiares pluviométricos críticos incorporam os modelos de infiltração às modelagens de estabilidade de taludes como, por exemplo, modelo de talude infinito. Estes métodos preveem a ruptura a partir da medição da precipitação e cálculo das taxas de infiltração das águas das chuvas. No entanto, apresentam limitações, uma vez que requerem informações detalhadas sobre as características hidrológicas, litológicas, morfológicas, e do solo de grandes áreas, raramente disponíveis e caras de se obter, bem como a necessidade de calibrações utilizando eventos de precipitação reais ocorridos na área objeto de estudo. Além disso, os modelos de base física têm melhor desempenho quando tentam prever deslizamentos rasos, sendo menos eficientes na previsão de escorregamentos profundos.
Ainda de acordo com Guzzetti et al. (2007), nos modelos empíricos os limiares de precipitação são determinados por meio do estudo de eventos de chuvas que resultaram em movimentos de massa. Estes limiares correspondem à linha traçada abaixo dos pontos que representam condições de precipitação que resultaram em deslizamentos, plotados em coordenadas cartesianas, semilogarítmicas, ou logarítmicas. Em casos onde estão disponíveis dados de precipitação que não resultaram em escorregamentos, os limiares são definidos como a melhor separação das condições pluviométricas que resultaram e não resultaram em instabilidade da encosta. O número de escorregamentos desencadeados pode também ser considerado para a construção de um limiar.
Segundo os autores (op. cit.), a chave para a construção do modelo empírico é a definição da intensidade da chuva, ou seja, a quantidade de precipitação acumulada em um período geralmente medido em milímetros (ou polegadas) por hora. Dependendo da duração do período de observação, a intensidade de precipitação pode representar uma medida instantânea da taxa de precipitação ou um valor médio de precipitação ao longo
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de horas (intensidade horária), dia (intensidade diária), ou períodos mais longos. Para períodos longos a intensidade da chuva representa um valor médio que subestima a taxa de precipitação de pico (máximo) ocorrida durante o período de observação. Assim, a intensidade da precipitação medida durante períodos curtos e longos têm significados físicos diferentes.
Dentro dos modelos empíricos, os limiares pluviométricos podem ser definidos como globais, regionais, ou locais. Um limiar global tenta estabelecer um nível mínimo geral abaixo do qual não ocorrem deslizamentos, independente dos aspectos morfológicos, litológicos, de uso do solo e do regime local ou regional de chuvas. Os limiares regionais são muito frequentes na literatura e são definidos para áreas que se estendem de poucos a muitos milhares de quilômetros quadrados com características meteorológicas, climáticas e fisiográficas semelhantes; são potencialmente adequados para sistemas de alerta de deslizamentos. Já os limiares locais consideram uma configuração geomorfológica e um regime climático específicos, e são aplicáveis a escorregamentos individuais ou para um grupo de escorregamentos em áreas de extensão de poucos quilômetros quadrados. Tanto os limiares regionais como os locais funcionam bem na área onde foram desenvolvidos, entretanto, não são facilmente exportados para áreas vizinhas. Os limiares globais são importantes em lugares onde os limiares locais ou regionais não estão disponíveis, mas podem resultar em previsões de deslizamentos que não ocorrem.
Muitos trabalhos dentro desta temática foram publicados no Brasil e no mundo mais intensamente a partir da década de 70, com Hong Kong se destacando como importante centro no desenvolvimento de estudos pioneiros sobre o tema, devido aos eventos catastróficos ocorridos na região em 1972. Lumb (1975) foi o primeiro a investigar mais profundamente as correlações entre chuvas e escorregamentos no território de Hong Kong.
Segundo Pedrosa (1994), o estudo de Lumb pela primeira vez indicou a relevância da chuva antecedente para a estabilidade de taludes e encontrou boa correlação entre a pluviometria nas 24 horas do dia do evento e a acumulada nos 15 dias antecedentes, após analisar a precipitação e a ocorrência de escorregamentos no período entre 1950 e 1973. Este autor propôs ainda uma classificação, agrupando os eventos de acordo com a quantidade de movimentos de massa ocorridos, sendo estes: desastroso (>50), severo (10-50), menor ou secundário (<10) e evento isolado. Segundo Lumb (op. cit.), eventos
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severos e desastrosos ocorriam quando a pluviometria acumulada em 15 dias ultrapassava 200 e 350mm respectivamente, sendo a pluviometria diária necessária para a ocorrência destes mesmos eventos superiores a 100mm. A Figura 2.4 ilustra a proposta de Lumb (1975).
Figura 2.4 - Gráfico de correlação entre a precipitação acumulada em 15 dias e a precipitação diária na região de Hong Kong (Modificado de Lumb, 1975).
Outros investigadores continuaram os estudos de correlação entre chuvas e escorregamentos em Hong Kong. Brand et al. (1984) e Brand (1989) contestaram a influência da chuva antecedente na deflagração de escorregamentos na região, proposta por Lumb, e consideraram que os picos de precipitação horária e a precipitação em 24 horas antes do evento são os principais deflagradores dos processos de instabilização. Os autores propuseram duas categorias de risco com base na pluviometria em 1 hora e 24 horas e o número de escorregamentos: principal (“major”) para mais de 10 deslizamentos em 1 dia e secundário (“minor”) para menos de 10 deslizamentos em 1 dia. De acordo com Pedrosa (1994), Brand enfatiza a importância da infiltração e o consequente efeito na redução das tensões de sucção do solo, entretanto, não considera a possibilidade desse processo ocorrer de modo gradual pelo efeito da chuva acumulada e sim ao fato de Hong Kong possuir solos residuais com características de alta permeabilidade e modo de ruptura rápido dos escorregamentos.
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Dando continuidade aos estudos realizados por Lumb e Brand na região de Hong Kong, Kay e Chen (1995) realizaram um estudo onde foram avaliadas todas as ocorrências de precipitação diária superiores a 50mm, incluindo aquelas em que não foram registrados escorregamentos. Estabelecendo uma correlação entre precipitação horária e precipitação acumulada em 24 horas com registros de movimentos de massa, os autores definiram zonas de probabilidade de eventos de escorregamentos severos (Tabela 2.5 e Figura 2.5).
Tabela 2.5 - Probabilidade de escorregamento por zonas de precipitação (Modificado de Kay e Chen, 1995)
Zona Probabilidade de ocorrências de escorregamentos 1 Desprezível para ocorrências de escorregamento severas 2 5 – 25% para ocorrências de escorregamento severas 3 25 – 45% para ocorrências de escorregamento severas 4 45 – 75% para ocorrências de escorregamento severas 5 75 – 95% para ocorrências de escorregamento severas 6 70 – 90% para ocorrências de escorregamento severas
Figura 2.5 - Correlação entre o Pico da Precipitação Horária x Precipitação Diária para Hong Kong. (Modificada de Kay & Chen, 1995)
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O estudo de Corominas e Moya (1999), realizado na região dos Pirineus, Espanha, considerou relatórios técnicos, reconhecimento de campo e análise dendrogeomorfológicas para o levantamento dos escorregamentos. A fim de analisar o efeito global da precipitação na reativação de deslizamentos, um gráfico da chuva acumulada versus duração da chuva foi gerado utilizando eventos de precipitação, com e sem ocorrências de escorregamentos, superiores a 40mm em 24 horas, registrados entre 1958 e 1996. Foi então traçada a linha que divide as chuvas que estão associadas à reativação de deslizamento daquelas que não estão, representada pela seguinte equação: AC = 32 x D + 133, onde AC equivale a chuva acumulada e D duração do evento pluviométrico. A Figura 2.6 apresenta o resultado obtido pelos autores.
Figura 2.6 – Curva de Chuva Acumulada x Duração do Evento para Espanha. (Modificado de Corominas & Moya, 1999)
No mesmo ano, Flageollet et al. (1999) estudaram os escorregamentos e as condições climáticas em duas bacias nos Alpes Franceses do Sul. Os resultados obtidos mostraram que a precipitação é um dos elementos do sistema que acelera ou desencadeia deslizamentos de terra, juntamente com outros fatores, tais como o uso da terra. Entretanto, concluíram que as correlações entre os movimentos de massa e o clima são, por vezes, imprecisas e complexas, necessitando examinar a confiabilidade e a qualidade das relações estabelecidas entre os mesmos.
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Zhou et al. (2002) investigaram a relação entre deslizamentos de terra e seus fatores causais na Ilha Lantau, localizada na porção sudoeste de Hong Kong, a partir de uma tempestade severa que assolou a região nos dia 4 e 5 de novembro de 1993, provocando mais de 900 deslizamentos em terreno natural, e mais de 250 deslizamentos em encostas artificiais. Os fatores analisados e considerados como causadores dos eventos foram topografia, chuva, uso do solo e vegetação. Os autores utilizaram uma abordagem estatística para estudar a relação espacial entre deslizamentos de terra e seus fatores causais. O estudo do evento de 1993 indicou que a intensidade de chuva e a migração do centro da tempestade influenciam muito na ocorrência de deslizamentos de terra na ilha. Em relação à topografia, foi constatado que a maioria dos deslizamentos de terra ocorreu em encostas com declividade entre 25-35°. O tipo de vegetação, em certa medida, também desempenhou um papel na formação da distribuição espacial dos deslizamentos, ocorrendo principalmente nas áreas de terra nua, coberturas arbustivas e nas zonas de transição entre diferentes tipos de vegetação.
Dykes (2002) realizou uma pesquisa sobre escorregamentos rasos provocados por precipitação na Reserva Florestal Batu Apoi no Distrito Temburong de Brunei Darussalam, a noroeste de Bornéu, por meio da realização de uma modelagem hidrológica e análises de estabilidade das encostas. O autor identificou as características topográficas da área e as características físicas e hidrológicas dos perfis de solo residual das encostas; identificou o padrão de chuva por meio de dados registrados em duas estações meteorológicas; e fez retroanálise de um movimento de massa superficial utilizando o modelo de talude infinito e os dados laboratoriais obtidos a partir das análises de amostras coletadas em campo.
A modelagem demonstrou que as chuvas acionaram movimentos de massa superficiais em encostas nas partes mais baixas do vale. A aplicação do modelo de taludes infinitos demonstrou que para qualquer gradiente de inclinação, há uma profundidade limite mínima de material intemperizado abaixo do qual os Fatores de Segurança > 1,0 e deslizamentos não seriam, portanto, possíveis de ocorrer. Usando as taxas estimadas de processos químicos intempéricos e desnudamento, sugeriu-se que, se ocorrer uma ruptura numa encosta, haverá um intervalo maior ou igual a 10 mil anos antes do intemperismo ter produzido profundidade de solo residual suficiente para romper novamente. Assim, ao longo da área de estudo em um determinado momento, haverá
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apenas uma proporção pequena das encostas que podem ter uma profundidade suficiente de solo residual susceptíveis a deslizamentos provocados pela chuva.
No estudo realizado por Quinta Ferreira et al. (2005) foram analisados os dados de precipitação em conjunto com os registos de deslizamentos ocorridos em Coimbra. Os dados relativos aos deslizamentos foram obtidos a partir de artigos em jornais da região, já os dados relativos à precipitação, por sua vez, foram conseguidos nos registos do Instituto Geofísico da Universidade de Coimbra, ambos abrangendo intervalo de tempo de 1864 a 2003. Os resultados obtidos permitiram concluir que os deslizamentos ocorrem quando a precipitação é consideravelmente superior aos valores médios e que os picos de precipitação são de extrema importância como mecanismo deflagrador de instabilizações. Os autores determinaram ainda o intervalo médio de recorrência para os anos com precipitação acumulada mais elevada, geralmente associada a um maior número de casos de instabilizações.
Outros investigadores realizaram estudos de correlação entre chuvas e escorregamentos no vale de Aburrá, na Colômbia. Segundo Aristizábal et al. (2010), desde o ano 2008 vem sendo utilizado um sistema de alerta para movimentos de massa induzidos por precipitação baseado em limiares empíricos de chuva no vale.
Para a implementação do sistema, os níveis de alerta foram definidos utilizando os limiares propostos por Moreno et al. (2006) apud Aristizábal et al. (2010) para o Departamento de Antioquia (75mm/3 dias e 150mm/15 dias), uma vez que não existiam limiares críticos de precipitação para as condições particulares do vale. Os autores propuseram a existência de quatro regiões representativas de chuva antecedente para movimentos de massa, chamadas regiões A, B, C, e D. Para essas regiões foram associadas cores que representam estados de alerta de acordo com os níveis definidos pelo Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia (IDEAM).
Para região A foi atribuído a cor verde (estado sem alteração), período em que o sistema de alerta da cidade de Medellin (SIATA - Sistema de Alerta Temprana Ambiental de la Ciudad de Medellín) fornece informações dentro das faixas normais e informa sobre a dinâmica das condições hidrometeorológicas. As regiões B e C foram agrupadas no nível amarelo (estado de preparação), período no qual o SIATA emite boletins que indicam a formação progressiva de condições de susceptibilidade suficientes para que
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um evento ocorra. A região D corresponde à cor laranja (estado de prontidão), no qual os avisos são emitidos, exigindo a prestação de 24 horas de comissão técnica e operacional que integra os Comités Locales para la Prevención y Atención de Desastres (CLOPAD). Ele também deve preparar o alistamento de recursos e a definição de um sistema de rastreamento em campo constante, tomando medidas de evacuação no caso de qualquer sinal de campo adicional. Por fim, se considerou um estado de alerta vermelho (estado de atenção), que não corresponde propriamente a uma região de limites definidos, mas representa que o evento ocorreu, está em andamento ou é iminente sua ocorrência. (Figura 2.7).
Figura 2.7 – Limiares empíricos de chuva (Modificado de Moreno et al., 2006, in Aristizábal et al., 2010).
Neste sentido, os investigadores continuaram os estudos na região do vale de Aburrá e Aristizábal et al. (2011) propuseram novos limiares críticos de precipitação acumulada para previsão dos escorregamentos, a partir de um banco de dados completo de movimentos de massa registrados nas últimas duas décadas e registos de precipitação das estações pertencentes às Empresas Públicas de Medellín (EPM) com resolução temporal de 15 minutos, a fim de incorporá-los ao SIATA.
Aristizábal et al. (2011) apresentaram as possíveis combinações de chuva acumulada (chuva de curto prazo) (LA) (1, 3, 5 e 7 dias) e chuva acumulada antecedente (chuva de
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longo prazo) (LAA) (5, 10, 15, 30, 60 e 90 dias) para 332 escorregamentos. Os resultados obtidos pelos autores mostraram que o maior condicionante para a ocorrência de movimentos de massa no vale de Aburrá é a chuva acumulada antecedente (LAA), ou seja, o elemento fundamental desencadeador de movimentos de massa parece ser as chuvas sazonais. Os dados indicaram que os eventos utilizados para a análise ocorreram para LAA superiores a 60mm em 30 dias, 160mm em 60 dias e a 200mm em 90 dias. Para a aplicação do sistema de alerta, o território do Vale do Aburrá foi dividido em regiões correspondentes às estações de chuva, onde cada uma das regiões é representada pela chuva que registra a estação designada. Portanto, todos os dias são avaliados para cada região as chuvas antecedentes e seu estado de alerta correspondente. Esta informação é enviada via internet para cada CLOPAD e outros órgãos de prevenção através de Boletim Hidrometeorológico publicado pelo SIATA.
Na literatura técnica nacional, o trabalho de Guidicini e Iwasa (1976) apresenta grande relevância dentre as primeiras pesquisas sobre a relação entre precipitação e escorregamentos. Os autores utilizaram registros pluviométricos e ocorrências de escorregamentos de diferentes regiões do Brasil, sendo estas Caraguatatuba (SP), Baixada Santista (SP), Rodovia dos Imigrantes (SP), Rodovia Anchieta (SP), Serra de Maranguape (CE), Rio de Janeiro (RJ), Serra das Araras (RJ), Sul de Minas (MG) e Vale do Tubarão (SC). Foi possível verificar nesse estudo que quando a pluviometria total do evento excede a 12% da precipitação média anual, escorregamentos ocorrem independentemente das condições pluviométricas antecedentes ao evento; porém se a pluviometria total do evento se encontra entre 8 e 12% da precipitação média anual, escorregamentos ocorrem dependendo do histórico pluviométrico; episódios superiores a 20% da mesma pluviosidade tendem a adquirir as dimensões de catástrofes.
Para a análise, os autores procuraram avaliar a importância dos últimos 3, 7, 15, 30, 60, 90 e 120 dias anteriores aos episódios de chuva intensa. Além disso, foram introduzidos coeficientes capazes de correlacionar os dados pertencentes às diferentes áreas sendo estes:
Coeficiente de ciclo (Cc): razão entre o registro pluviométrico acumulado até a data do episódio e a média anual de pluviosidade;
Coeficiente do episódio (Ce): razão entre o registro pluviométrico do episódio e a média anual de pluviosidade;
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Coeficiente final (Cf): soma dos dois coeficientes anteriores (Cc + Ce). Guidicini e Iwasa (1976) sugeriram as faixas de risco A, B, C e D, com base no coeficiente Cf correspondentes às porcentagens de ocorrência de escorregamentos de
100, 85, 33 e 0%, respectivamente. Da mesma forma, utilizando os valores de Cc
estabeleceram as zonas de influência das chuvas antecedentes A, B, C e D, correspondentes às probabilidades de 100, 67, 31 e 0%. Assim sendo, os autores consideraram estes dados como ponto chave da investigação, permitindo uma previsão do nível de periculosidade a que as áreas estudadas estariam sujeitas no futuro.
Foram elaboradas as cartas de periculosidade para cada uma das áreas estudadas, dando um cunho de praticidade à pesquisa. Cada carta mostra a curva acumulada média anual de pluviosidade, associada às faixas de risco. A Figura 2.8 apresenta a carta de periculosidade para o Rio de Janeiro.
Figura 2.8 – Carta de Periculosidade para o Rio de Janeiro (Guidicini e Iwasa, 1976 in d‟Orsi, 2011).
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O trabalho de Tatizana et al. (1987a,b) na Serra do Mar, município de Cubatão – SP, verificou a suscetibilidade a escorregamentos com base em condicionantes como geologia; geomorfologia; declividade; cobertura vegetal; regime pluviométrico e posição da encosta. O comportamento dos eventos ocorridos num período de 30 anos foi analisado por setores na Serra do Mar.
A partir do estudo dos eventos de alta pluviosidade e da chuva acumulada nos dias anteriores, os autores analisaram a correlação entre pluviometria e escorregamentos. Foi desenvolvida uma relação numérica entre a intensidade da precipitação e chuva acumulada de 4 dias, baseados na análise de 35 eventos de chuva. A função representativa do modelo proposto pelos autores foi: I (Ac) = K.Ac-0.933, sendo I a intensidade horária para deflagração de escorregamentos; AC a acumulada de chuvas nos 4 dias anteriores e K a constante dependente das condições geotécnicas das encostas e da intensidade de escorregamentos (Figura 2.9).
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Os valores de K variam de acordo com os modelos de ruptura assumindo os valores de 2.603, 3.579, 5.466 e 10.646 para escorregamentos induzidos, escorregamentos esparsos, escorregamentos generalizados e corridas de lama, respectivamente. Foi estabelecida a envoltória do modelo para escorregamentos induzidos e as demais envoltórias para os outros modelos de ruptura seguiram a mesma forma da curva para escorregamentos induzidos, devido à limitação dos dados.
Tatizana et al. (1987a) definiram ainda o Coeficiente de Precipitação Crítica (CPC), um índice adimensional de susceptibilidade a deslizamentos frente a eventos chuvosos, que permite o acompanhamento dos volumes de precipitação e prevenção de escorregamentos. O CPC é definido como intensidade de precipitação horária (Ii) pela intensidade crítica para deflagração de escorregamentos induzidos (Ici).
Na década de 90, Elbachá et al. (1992) desenvolveram um estudo sobre a temática para a Bacia do Camarajipe, na cidade de Salvador, Bahia; no período de 1980 a 1990. Os autores não encontraram uma relação satisfatória entre a precipitação diária e os escorregamentos, possivelmente por conta do cadastro de movimentos de massa. Entretanto, foi possível definir como 4 dias o melhor intervalo de chuva acumulada que influencia nos processos.
Almeida et al. (1993) estudaram a relação entre chuvas e escorregamentos no município de Petrópolis, RJ entre 1976 e 1989. A análise da correlação tratou de definir um valor de chuva que deflagrasse os escorregamentos e a intensidade da mesma. Os autores classificaram os eventos de escorregamentos em 5 tipos (Tabela 2.6).
Tabela 2.6 - Classificação dos eventos de escorregamentos por ocorrências. (Almeida et al., 1993). TIPO DE EVENTO DE ESCORREGAMENTO NÚMERO DE OCORRÊNCIAS DE ESCORREGAMENTOS A 1 B 2 a 5 C 6 a 15 D 16 a 30 E Acima de 30
Foram então confrontados períodos de acumulada de chuvas de 1 até 5 dias, sendo as curvas de 4 dias as de configuração mais coerente. Ficaram estabelecidos 3 estados
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crescentes de alerta ao risco de escorregamentos, ativados através de valores de pluviosidade acumulados em 4 dias:
Estado 1: chuva acumulada de 30 a 40mm, caracterizando risco a escorregamentos isolados a esparsos em regiões mais suscetíveis;
Estado 2: chuva acumulada entre 60 e 90mm, caracterizado por ser um estado preparatório para eventos de maior porte;