UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA

Papel da vegetação na produção de escoamento

subsuperficial sob diferentes coberturas vegetais:

subsídios a modelagem de deslizamentos translacionais

rasos.

LEONARDO DAVID DA SILVA CORRÊA JÚNIOR

ANTEPROJETO DE PESQUISA SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO REQUESITO PARCIAL PARA OBTENÇÃO DE VAGA NO CURSO DE MESTRADO.

Área de Concentração: Planejamento e Gestão Ambiental

Rio de Janeiro

Outubro 2015

1. Tema Proposto

Observa-se, nas últimas décadas, um aumento da frequência de desastres

socioambientais relacionados a deslizamentos induzidos por eventos extremos de chuva,

como ocorrido em Santa Catarina em 2008; Paraná e Santa Catarina em 2009; Angra

dos Reis, São Paulo e Rio de Janeiro em 2010 e região serrana do Estado do Rio de

Janeiro em 2011, somando grandes prejuízos econômicos e milhares de mortes.

(Lacerda et al. 2012; Coelho Netto et al., 2013)

Após o evento extremo de chuvas que induziu a ocorrência de milhares de

deslizamentos na região serrana, em Janeiro de 2011, Coelho Netto et al. (2013)

observaram que somente no município de Nova Friburgo, numa área 421 km²,

ocorreram 3622 deslizamentos, prevalecendo os movimentos translacionais rasos com

superfície de ruptura em torno de 1,5 a 2,0 metros de profundidade. Avelar et al., (2011)

indicam uma inclinação das encostas afetadas por este mesmo conjunto de

deslizamentos superior a 30º.

Numa primeira observação dos condicionantes geobiofísicos associados a

geração das cicatrizes deslizamentos acima indicadas e, apoiado em cartas temáticas na

escala 1:100 000 (SEA-RJ/GEOHECO-UFRJ, 2009), Coelho Netto et al (2013)

observaram que 80% ocorreram em substrato de rochas graníticas e 14,5% em

charnoquitos. Estudos detalhados numa encosta experimental adjacente ao divisor

esquerdo da bacia do Córrego Dantas, sob rocha granítica indicam a ocorrência de duas

camadas de solo; uma laterítica no topo com espessura entre 2 e 4 metros, com

condutividade hidráulica média entre 7,5 x 10-5 e 2,7 x 10-4 cm/s e outra saprolítica com

espessura conhecida de 10 metros e condutividade hidráulica média em torno de 1,55 x

10-5 e 2,8 x 10-5 cm/s (Silva, 2014). A variação de condutividade em uma ordem de

grandeza poderia acarretar na saturação e geração de um lençol d´água suspenso durante

um evento extremo de chuvas, gerando a instabilidade da camada superior, entretanto,

as superfícies de ruptura dominantes são mais rasas e ainda pouco compreendidas.

Um outro elemento relevante na estabilidade de encostas diz respeito a cobertura

vegetal. Nas primeiras observações após o evento de Janeiro 2011, e cruzando o mapa

das cicatrizes de deslizamentos com a carta de vegetação (escala 1:100 000), Coelho

Netto et al. (2011) notaram que 55% das cicatrizes ocorreram em encostas sob

vegetação florestal e 30% sob cobertura de gramíneas. Entretanto, sobrepondo as

cicatrizes no mapeamento de vegetação e uso do solo em escala mais detalhada

(1:5000) na bacia do Córrego Dantas (53 km2), Coutinho et al. (inédito) ressaltam que

67,5% estão associadas com vegetação florestal degradada, pioneira e secundária

inicial, enquanto 22% estão circundadas por gramíneas.

Fraga et al. (2015) estudando alguns fragmentos florestais de diferentes idades,

na mesma bacia do Córrego Dantas, chamaram atenção para o fato de que, mesmo em

florestas de 50 anos, a sucessão florestal ainda é dominada por espécies pioneiras

(~70%) e secundária inicial (~24%), sugerindo que o uso agrícola pretérito dificultou a

recomposição da floresta após o termino deste uso. Este dado confere com outras

observações feitas por Oliveira et al. (1996) nas encostas do Maciço da Tijuca onde

grande parte das cicatrizes de deslizamentos geradas no evento extremo de chuvas de

1996 foram associadas com vegetação florestal degradada (43%) e gramíneas (42%).

Embora a literatura aponte a relevância da vegetação florestal no aumento da

resistência ao cisalhamento, como apontado incialmente por O'Loughlin e Ziemer

(1982), não se pode generalizar esta relação na medida em que os fragmentos florestais

remanescentes nos dias atuais apresentam ampla diversidade estrutural e funcional. Já

nos anos 80, Tsukamoto e Kusakabe (1984) chamavam a atenção para a importância das

raízes arbóreas estarem ancoradas em base coesa, como condição de estabilidade das

espécies arbóreas e, por conseguinte, do solo. Esta condição seria esperada em florestas

conservadas nos estágios sucessionais mais avançados o que ainda não foi observado

Fraga et al. (No prelo) e também por Marques e Coelho Netto (2015) na bacia do

Córrego Dantas, deixando em aberto o entendimento da relação entre a vegetação e as

superfícies de ruptura dos deslizamentos ocorridos em 2011.

O predomínio de deslizamentos rasos na área de Nova Friburgo, durante o

evento extremo de 2011, ainda é pouco compreendido, assim como suas condições de

detonação. Uma hipótese para tal fenômeno, como sugeriram Lambe e Whitman (1969);

Hillel (1980), poderia estar associada as variações de condutividade hidráulica (K) com

a profundidade e/ou entre as camadas do solo, em eventos extremos de chuva,

ocasionando a formação de um lençol suspenso e redução da resistência ao

cisalhamento do solo, por diminuição da sucção e consequentemente da tensão normal

efetiva. Dunne e Leopold, (1978) ressaltam que a infiltração envolve três estágios

diferentes e interdependentes: entrada, estocagem e percolação da água. Entretanto as

relações entre as variações de cobertura vegetal e propriedades físicas dos solos ainda

são pouco conhecidas. Especialmente no que diz respeito as suas implicações na

regulação da instabilidade dos solos e, por conseguinte, na deflagração dos

deslizamentos em terrenos sob condições geológico-geotecnicas e de cobertura vegetal

diferenciadas como no caso de Nova Friburgo.

2. QUESTÕES E JUSTIFICATIVAS

Tendo a água como principal agente deflagrador dos deslizamentos em regiões

tropicas (SILVA et al., 2014), a escolha deste tema se justifica pela necessidade de se

aprimorarem os estudos de comportamento de infiltração-escoamento para assim

compreender melhor as influências da água na deflagração dos movimentos de massa

do tipo translacional raso. Essa proposta busca responder algumas questões: a) Existem

descontinuidades físicas e hidráulicas nos perfis de solo da região de Nova Friburgo? b)

Existem variações consideráveis nos valores de infiltração levando em conta os

diferentes estágios de sucessão e conservação dos fragmentos vegetais (florestas e

gramíneas)? c) Existe a possibilidade dos deslizamentos translacionais rasos estarem

vinculados a escoamento de água subsuperfical nos perfis de solo da região?

A área de estudo eleita para o desenvolvimento da proposta é a bacia do Córrego

Dantas e arredores, localizada no município de Nova Friburgo, estado do Rio de

Janeiro. Esta área sofreu recentemente um evento catastrófico, que também atingiu

cidades vizinhas e acabou acarretando na morte de centenas de pessoas, grandes

prejuízos econômicos e a ocorrência de 3622 deslizamentos, que foram mapeados por

Coelho Netto et al., 2011.

A escolha do presente tema e da área de estudo foi estabelecida através da

identificação de diversos fatores que fazem da região uma promissora área laboratório

para a aplicabilidade das propostas desta pesquisa. A partir do evento catastrófico

ocorrido na Região Serrana do Rio de Janeiro em janeiro de 2011, a região se tornou

alvo de investigação por parte de diversos grupos de pesquisas, que buscam

compreender melhor o ocorrido na região assim como despertou o interesse da esfera

público-administrativo.

Esta proposta integra um conjunto de teses e dissertações, em andamento ou

ainda a serem iniciadas, na região serrana do Estado do Rio de Janeiro, que em conjunto

darão subsídios à construção de uma nova metodologia de análise de suscetibilidade e

risco a deslizamentos em regiões montanhosas. Ainda vale ressaltar que a presente

proposta de estudo integra o projeto de pesquisa “Vulnerabilidade do Meio Ambiente e

Deslizamentos Catastróficos no Domínio Montanhoso do Estado do Rio de Janeiro:

condicionantes e mecanismos associados ao evento extremo de chuvas de janeiro de

2011 (Edital FAPERJ 19/2011 - Pensa Rio), sob a coordenação geral de A.L.Coelho

Netto (IGEO-UFRJ), e também ao Projeto vinculado ao – INCT – REAGEO/ Instituto

de Reabilitação do Sistema Encosta-Planicie, sob coordenação geral de W.A.Lacerda

(COPPE-UFRJ), e vinculado ao Edital MCT/CNPq/ CAPES /FAPERJ/ Nº 015/2008.

O escopo de interação do presente projeto a outros projetos maiores são

indicadores do suporte operacional de viabilização da proposta em questão.

3. Objetivo Geral

A presente proposta de trabalho tem como objetivo principal investigar as

ocorrências de descontinuidades físicas e hidráulicas nos perfis de solos sob diferentes

coberturas de vegetação (florestal e gramíneas) em encostas íngremes (30º), num

mesmo substrato geológico (granitos).

3.1 Objetivos Específicos

Avaliar as relações entre as coberturas vegetal (florestal, sob diferentes

estágios de sucessão e de conservação e gramíneas, com e sem pastagem)

e o comportamento de infiltração-escoamento;

Comparar os fluxos nas encostas acima indicadas, com as características

físicas e hidráulicas nos perfis de solos (até quatro metros)

Avaliar a possibilidade e as condições favoráveis à geração de

escoamento subsuperficial nos perfis de solos acima indicados.

4. Discussão Bibliográfica

Fernandes e Amaral (1996) disseram que deslizamentos do tipo translacionais rasos

possuem superfície de ruptura plana, em geral, acompanhando as descontinuidades

mecânicas e/ou hidrológicas existentes no interior do material, com o deslocamento

muito rápido da massa.

Ward e Trimble (2003) apontaram que a infiltração é definida como a passagem da

água da superfície do solo, via poros ou pequenas aberturas, para dentro do solo. Porém,

Dunne e Leopold (1978) definiram a infiltração como o movimento de água dentro do

solo. Para eles a infiltração envolve três processos diferentes e interdependentes:

entrada, estocagem, e percolação da água e não apenas a entrada da mesma.

A condutividade hidráulica é um parâmetro físico-hidrológico do solo, que

caracteriza a capacidade do solo em transmitir água através de seu perfil. Ela está

diretamente ligada às propriedades físicas do solo, como: tamanho das frações

granulométricas, volume e arranjo dessas partículas no solo (HILLEL, 1980).

Do ponto de vista hidrológico, as descontinuidades hidráulicas desempenham um

papel de grande importância na instabilidade das encostas, pois permitem, em seu

interior, fluxos de velocidades bastante elevadas, se comparadas com a rocha sã. Vieira

e Fernandes (2004) em um estudo desenvolvido na bacia do Papagaio estimaram a

condutividade hidráulica saturada (Ksat) em uma encosta com cicatrizes de

deslizamentos em diferentes profundidades e posicionamentos topográficos (dentro e ao

lado das cicatrizes) e observaram a presença de descontinuidades hidráulicas com

variação de até duas ordens de grandeza no Ksat. De acordo com os autores, estas

descontinuidades podem ser responsáveis pelo desenvolvimento de poro-pressões

adversas que determinariam o local de ocorrência dos deslizamentos. Os mesmos

autores apontam para a formação de lençóis suspensos e fluxos subsuperficiais rasos

podem ser gerados em diferentes posições da encosta, devido à formação de

descontinuidades hidráulicas.

5. Operacionalização prevista

5.1 Área de Estudos

Para esta proposta de trabalho, será utilizada o numicípio de Nova Friburgo de

aproximadamente 421 km², localizado na região serrana do Rio de Janeiro como o

recorte espacial de análise. Essa cidade, foi uma das mais atingidas no evento de chuvas

extremas ocorridos em 2011. Já bastante ransformada pela ação antrópica, o município

tem em sua composição as áreas urbanas se concentrando principalmente nas regiões de

fundo de vale, enquanto as agrícolas se distribuem entre os fundos de vale e as regiões

de encosta.

Com base no inventário de 3622 cicatrizes mapeadas, serão selecionadas encostas

representativas adjacentes as cicatrizes onde serão realizados diversos ensaios e

levantamentos. Serão selecionadas encostas que apresentaram deslizamentos do tipo

translacional raso, declividade entre 25º-35º e substrato rochoso de granitos.

Após a seleção das encostas repesentativas serão realizados levantamentos de

estágio de sucessão e conservação da vegetação dessas encostas. Posteriormente serão

realizados ensaios utilizando o infiltrômetro de duplo anel, para que com a equação de

Horton (1939. apud KAZAY, D. F.; OLIVEIRA, L. A. 2014) possa se calcular a taxa de

entrada de água nos diferentes estágios de sucessão e conservação da vegetação. Serão

feitos também ensaios de conduvitidade hidráulica (K) utilizando o permeâmetro de

Guelph modelo 2800K1. Concomitante aos ensaios de condutividade hidráulica e de

entrada de água no solo, serão coletadas amostras deformadas e indeformadas de solo

para a análise laboratorial das propriedades físicas e hidráulicas do solo. Após os

levantamentos e ensaios serão utilizados métodos estatíticos para se determinar ou não

possíveis condições aos deslizamentos.

5.3 Cronograma de Execução.

6. Bibliografia:

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