INFLUÊNCIA DA VEGETAÇÃO NA ESTABILIDADE DE TALUDES NA ... · São Paulo, UNESP, Geociências, v....

São Paulo, UNESP, Geociências, v. 27, n. 3, p. 387-399, 2008 387

INFLUÊNCIA DA VEGETAÇÃO NA ESTABILIDADEDE TALUDES NA BACIA DO RIO LIGEIRO (PR)

Ney Lyzandro TABALIPA 1 & Alberto Pio FIORI 2

(1) Departamento de Construção Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, UTFPR / Campus Pato Branco.PR469 – Via do Conhecimento, km 01. CEP 85501-970. Pato Branco, PR. Endereço eletrônico: [email protected]

(2) Departamento de Geologia, Setor de Tecnologia, Universidade Federal do Paraná, UFPR.Centro Politécnico – Caixa Postal 19.001. CEP 81531-980. Curitiba, PR. Endereço eletrônico: [email protected]

IntroduçãoCaracterização da Área de Estudo

Materiais e MétodosDeterminação do Fator de SegurançaFator de Segurança com Cobertura Vegetal

Pressão Exercida Pelo Vento Sobre as Árvores (σVe)Contribuição da Raiz Para a Coesão do Solo (Sr)Peso das Árvores (σa)

Resultados e DiscussõesConclusõesReferências Bibliográficas

RESUMO – Este artigo apresenta um estudo para se conhecer a influência da vegetação na estabilidade de taludes na bacia do Rio Ligeiro,localizada no município de Pato Branco, Sudoeste do Paraná, Brasil, empregando um modelo matemático associado à utilização detécnicas de mapeamento temático em ambiente SIG. A análise para determinação dos índices de segurança foi efetuada através de métododeterminístico, baseado no conceito de equilíbrio limite. O modelo matemático adotado baseia-se na distribuição das forças atuantes emuma vertente infinita, considerando a influência da cobertura vegetal sobre as encostas e a saturação do solo. As variáveis atuantes noprocesso de movimentos de massa e que fazem parte do modelo matemático adotado, foram inseridas em mapas temáticos. Comoresultado da interação de todos os parâmetros, obteve-se valores de Fator de Segurança para cada vertente. A análise dos dados mostra quea presença da vegetação é um fator positivo para o aumento do índice de segurança das vertentes, não havendo região instável onde existevegetação. De acordo com os resultados alcançados no estudo, verifica-se que a bacia do Rio Ligeiro apresenta áreas com instabilidade,susceptível a escorregamentos, como conseqüência dos fatores ambientais, do meio físico e da ocupação antrópica das encostas.Palavras-chave: Encosta, vegetação, fator de segurança.

ABSTRACT – N.L. Tabalipa & A.P. Fiori - Influence of vegetation on stability of taludes of basin of Ligeiro river (PR). This articlepresents a study to verify the influence of the vegetation on the stability of slopes in the Ligeiro river basin, situated in the city of PatoBranco, southwest of Paraná, Brazil using a mathematical model associated with thematic mapping techniques in GIS environment. Theanalysis to determine the rates of safety was accomplished through deterministic method, based on the concept of balance limit. Themathematical model is based on the distribution of forces engaged in an endless strand, and was considered the influence of vegetationcover on slopes and soil saturation. The variables working in the process of mass movements and forming part of the used mathematicalmodel were incorporated into thematic maps. As a result of the interaction of all parameters, there were values of factor of safety for eachstrand. Data analysis shows that the presence of vegetation is a positive factor for the increase in the security index aspects, there isn’tunstable region where there is vegetation. According to the achieved results in this study, it appears that the Ligeiro river basin presentsareas of instability, likely to slip, as a result of environmental factors, the physical environment and the occupation of manmade slopes.Keywords: Slope, vegetation, safety factor.

INTRODUÇÃO

O uso e ocupação do solo nas cidades brasileiraspor muito tempo ocorreram sem a adequada conside-ração das condicionantes geotécnicas, o que acar-retou inúmeros desastres, principalmente em áreasurbanas.

Essa ocupação, sempre manipulada por interesseseconômicos e falta de planejamento, realiza-se de formadesordenada, levando a usos inadequados, diminuindoa qualidade de vida da população existente no local efazendo surgir inúmeros problemas, como erosões e

assoreamentos, escorregamentos, enchentes, recalquesde solos, entre outros, que consomem grande recursos,além de, muitas vezes, colocarem em risco a vida dapopulação local. Os escorregamentos são de grandepreocupação no Brasil devido a maior possibilidade deperdas de vidas e vultosos prejuízos econômicos.

A estabilidade de uma encosta, em seu estadonatural, é condicionada simultaneamente por três fatoresprincipais: por suas características geométricas, porsuas características geológicas (tipos de solos e compo-


sição das rochas) e pelo ambiente fisiográfico em quese insere o clima, cobertura vegetal, drenagens naturais,entre outros.

Os escorregamentos podem ser definidos comotodo e qualquer movimento que envolva materiaisterrosos ou rochosos que, por qualquer causa, processosou velocidades, sofrem deslocamentos induzidos peloagente gravidade.

Diversos autores ressaltam a importância da vege-tação na proteção do solo e das encostas e que odesmatamento pode promover o surgimento de áreasde risco e escorregamentos.

Nesse sentido, Guidicini & Nieble (1983) afirmamque existe um consenso generalizado de que as florestasdesempenham um papel importante na proteção do soloe que o desmatamento pode propiciar não somente oaparecimento da erosão, mas também de movimentoscoletivos de solos.

Para Rodrigues (1998), o revestimento vegetal é omeio mais simples e eficiente de proteção de taludes con-tra a erosão provocada pelas águas da chuva e do vento.

Prandini et al. (1976) admitem que o escoamentosuperficial seja desprezível nas condições de florestasdensas e que a cobertura vegetal também dificulta apenetração profunda da água no maciço.

Augusto Filho (1994) atribui, como efeitos favorá-veis, a redistribuição da água da chuva e o acréscimoda resistência do solo devido à presença das raízes(reforço mecânico e escoramento).

O desmatamento de uma encosta gera uma sériede efeitos que reduzem o coeficiente de segurançadessa mesma encosta, pois cessa a proteção realizadapelas partes aéreas da floresta, reduz os efeitos mecâ-nicos do sistema radicular por deteriorização dos tecidosvegetais e faz com que os efeitos climáticos ocorramdiretamente sobre o solo.

Segundo Gray (1995) na medida em se remove avegetação das encostas, tem-se um incremento doenfraquecimento e desestabilização solos das encostas.Um dos primeiros estudos sobre esta questão foi condu-zido por Bishop & Stevens (1964), ao investigaremáreas no sudeste do Alaska, verificaram um grandeaumento na freqüência dos escorregamentos e na áreapor eles afetada, após a derrubada de árvores. Elesafirmam que os escorregamentos são devidos à dete-riorização e à destruição gradual do sistema de raízes.

Nesse sentido, Kozciak (2005) afirma que a remo-ção da sobrecarga e, conseqüentemente, a eliminaçãoda ação dos ventos sobre a vegetação aumentam deimediato a segurança de uma vertente. Mas, ao cabode um determinado tempo, ocorre novamente o incre-mento da instabilidade em virtude da deterioração dosistema radicular e da eliminação da redistribuição daágua da chuva.

No entanto, é necessário destacar que, com rela-ção aos movimentos coletivos de massa, existemalgumas divergências sobre o papel da vegetação naestabilidade das encostas.

Segundo Vargas (1999), os efeitos do desflores-tamento sobre a estabilidade dos taludes das encostasnaturais é questão muito discutida, principalmentedevido ao seu caráter interdisciplinar. Não há dúvidaque existe a evidência da degradação da coberturavegetal coincidir com escorregamentos generalizadosdas encostas, mas há também casos observados degrandes escorregamentos, deflagrados de chuvasviolentas, em regiões cobertas por florestas. Nessescasos, o solo e os blocos de rochas carregavam consigoenormes troncos de árvores.

Prandini et al. (1976) citam que o seu efeito frena-dor e dissipador de energia do material em desloca-mento circunscrevem a área afetada, minimizando osdanos em terrenos situados à jusante do escorre-gamento. Por outro lado, como efeitos desfavoráveisda cobertura vegetal, mencionam o efeito alavanca,pela ação dos ventos, o efeito cunha, pela penetraçãodas raízes em fendas e a sobrecarga vertical devidoao peso da vegetação.

Gray & Leiser (1982) atribuem, como efeitosfavoráveis: (a) a redistribuição da água provenientedas chuvas pelas copas das árvores, retardando e dimi-nuindo a quantidade efetiva de água que se infiltra nosolo; (b) a evapotranspiração retirando água do solo;(c) acréscimo da resistência do solo devido às raízespelo reforço mecânico e pelo escoramento (raízespivotantes e profundas). Como efeitos desfavoráveis,esses autores relacionaram: o efeito alavanca, forçacisalhante transmitida pelos troncos das árvores aoterreno, quando suas copas são atingidas por ventos;o efeito cunha, pressão lateral causada pelas raízesao penetrar em fendas, fissuras e canais do solo ourocha; a sobrecarga vertical causada pelo peso dasárvores, que pode ter um efeito benéfico, ou não, naestabilidade, em vista à inclinação das encostas e àscaracterísticas do solo.

Fiori & Borchardt (1997) propõem um importanteestudo sobre o papel negativo que a vegetação podedesempenhar no índice de segurança das encostas. Deacordo com o trabalho realizado pelos autores na regiãode Guaraqueçaba, litoral do Paraná, averiguou-se queem situação de rajadas de vento de 90 km/h, atuandono sentido da inclinação da vertente, a presença devegetação situada em solos residuais, passa a contribuirnegativamente na estabilidade de vertentes.

Neste trabalho, o objetivo principal é apresentaruma análise da estabilidade das vertentes na bacia doRio Ligeiro levando-se em conta a influência davegetação no cálculo do Fator de Segurança.


CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

A bacia do Rio Ligeiro, com área de 44 km2, estálocalizada no município de Pato Branco, no Sudoestedo Estado do Paraná, entre as coordenadas UTM(Universal Transversal de Mercartor), em quilômetros,7.092 a 7.104 e 328 a 338 (Figura 1).

A distância da sede do município à Curitiba é deaproximadamente 433 km, na direção Oeste. O acessoà área, partindo de Curitiba, pode ser efetuado atravésda rodovia BR-476 que liga Curitiba a Horizonte. Apartir de Horizonte, segue-se pela BR-280, em direçãooeste, passando por Palmas, Clevelândia, Mariópolis ePato Branco.

Segundo a Embrapa (1984), toda a área de estudoacha-se sujeita, conforme a classificação de Köppen,ao clima do tipo Cfb, com temperatura média do mêsmais quente inferior a 22° C. A região encontra-se sobinfluência de um clima chuvoso, mesotérmico, úmido esuperúmido sem estação seca, de verões frescos egeadas severas e bastante freqüentes, com média deprecipitação anual entorno de 2.109,79 mm/ano.

A área mapeada situa-se compreendida entre asaltitudes de 600 a 1000 m e apresenta uma topografiade relevo suavemente ondulado com vales abertos naporção leste, sendo que na faixa oeste predominam as

superfícies levemente aplainadas. As temperaturasmédias anuais na região variam entre 14º C e 22º C.

A caracterização e descrição dos solos se embasa-ram no Levantamento de Reconhecimento dos Solosdo Sudoeste do Estado do Paraná, Embrapa (1974),adaptado para a nova classificação adotada pelaEmbrapa (1999). Assim sendo, na área em estudo,ocorrem solos das ordens Latossolo (Roxo Álico),Nitossolo (Terra Roxa Estruturada), Cambissolo(Distrófico), Neossolo (Solos Litólicos Distróficos ouÁlicos) e Depósitos Aluvionares.

A constituição geológica da região érelativamente simples, representada pelas rochasbasálticas da Formação Serra Geral, que recobreminteiramente a área mapeada. Segundo o MapaGeológico do Brasil elaborado pela CPRM (1996), ageologia da região Sudoeste do Paraná se enquadra:JKβsg – Rochas basálticas do Grupo São Bento,Formação Serra Geral. As rochas são do tipo basaltotoleítico com intercalações de arenito e rochasvulcânicas ácidas, ambas cortadas por diques e sillsde diabásio.

Na área de estudo, a vegetação pertence à Flores-ta Subtropical Perenifólia que caracteriza-se por ser

FIGURA 1. Localização do Município de Pato Branco no Estado do Paraná.


mais resistente ao frio e menos exuberante que asflorestas tropicais, sendo as árvores geralmente deporte médio, havendo, no entanto locais com domíniode indivíduos de grande porte e de grande diâmetro.

Esta floresta, em geral, apresenta três níveis ou

extratos, sendo o superior constituído por araucária,imbuia, cedro, canela e outras espécies de grande porte;o médio por pimenteira, erva-mate, caroba, bracatingae outras; e o inferior por ervas, arbustos e gramíneas(Embrapa, 1984).

MATERIAIS E MÉTODOS

Para a execução deste estudo, o trabalho foi divididoem três etapas. A primeira parte consistiu em fazer umarevisão da bibliografia sobre os aspectos naturais da áreada bacia do Rio Ligeiro, caracterizando fisiograficamentea área de estudo. Além disso, agregou-se o cartas ebase planialtimétrica de Pato Branco para preparar umabase cartográfica digital. A segunda parte consistiu emviajar ao local de estudo com o propósito de fazer umreconhecimento da área, registrando através defotografias os aspectos gerais e coletando amostras desolo deformadas e indeformadas para posterior deter-minação do comportamento geotécnico de cada tipo desolo da área estudada, através de ensaios em laboratórioque incluíram: análise granulométrica, teor de umidade,limites de Atterberg (limites de liquidez e limite deplasticidade), cisalhamento direto e de permeabilidade.Na última etapa, montou-se um banco de dados com asinformações obtidas e aplicou-se a equação para os

cálculos do Fator de Segurança, partindo-se para a análisedos resultados encontrados e produção dos mapas temá-ticos. Nesta fase, também se elaborou o Mapa de Fatorde Segurança.

Para extração das informações básicas, tais comocurvas de nível, vias de acesso, rede de drenagemprincipal, pontos cotados entre outros, foram utilizadascartas topográficas do DSG – Diretoria de ServiçoGeográfico (1980 a, b), na escala 1:50.000 e a BasePlanialtimétrica do Perímetro Urbano de Pato Branco,elaborado pelo Paranacidade, na escala 1:10.000.

Na seqüência, foi elaborado o Mapa de Uso eOcupação do Solo através da classificação da imagemdo satélite QUICKBIRD, resolução espacial – 0,60 m– em quatro bandas multiespectrais (PAN: 450 –900 nm, Blue: 450 – 520 nm, Green: 520 – 600 nm eRed: 630 – 690 nm) datada de dezembro de 2005(Figura 2).

FIGURA 2. Mapa de Uso e Ocupação do Solo.


O Mapa de Uso e Ocupação do Solo foi de grandeutilidade para a separação das áreas de coberturavegetal de porte arbóreo (que influenciam no fator desegurança das encostas), das áreas de vegetação deporte mais ralo (de pouca relevância na aplicação daequação de fatores de segurança) das demais áreassem vegetação.

As classes identificadas no mapeamento de uso eocupação do solo basearam-se seguindo o critérioproposto pelo IBGE (2006). As classes cobertas porestratos vegetais foram divididas conforme o seu portee estágio de regeneração, ficando a legenda do mapade uso e ocupação do solo assim representado:• Agricultura: a essa classe correspondem todas as

áreas de cultivo, independentemente do tipo decultura e se de espécies perenes ou temporárias.

• Campo: classe que corresponde às áreas de pasta-gem sem presença arbustiva.

• Urbana: área com ocupação urbana, lotes residen-ciais, comerciais, industriais e infraestrutura pública.

• Capoeira: são comunidades vegetais de porte raloa médio, que incluem os estágios da vegetaçãoherbácea, regenerando após sofrerem corte raso.

• Florestas: consiste em toda a vegetação da forma-ção pioneira e floresta secundária. A formaçãopioneira apresenta na sua estrutura original maisdo que um estrato arbóreo. A floresta secundáriasofreu regeneração, após o corte raso, apresen-tando assim diferentes estágios de vegetação,conforme a sua recuperação.

• Corpos d’água: classe que representa os rios elagos existentes na área de estudo.

• Não classificado: classe que representa a área domapa que não pertence ao município de PatoBranco, não sendo analisada no estudo.

Foram excluídas dos cálculos do Fator de Segu-rança as áreas ocupadas pelos Depósitos Aluvionares,por apresentarem-se totalmente estáveis, e os corposd’água (totalizando 4,14 km2). As classes de Uso doSolo da bacia foram reorganizadas e ficaram divididas,respectivamente, em 1,66% de Capoeira, 16,43% deFlorestas, 20,17% de Campo, 24,46% de Agricultura e37,28% de Uso Urbano (Tabela 1).

DETERMINAÇÃO DE FATOR DE SEGURANÇA

O Fator de Segurança (FS) indica o grau deestabilidade de uma vertente e ainda a superfície deruptura crítica, quando este for mínimo. Trata-se deum valor adimensional que resulta da razão entre asforças resistentes ao movimento e as solicitantes domesmo. Por esta definição clássica, observa-se que,quando as forças forem de igual valor, tem-se um Fatorde Segurança unitário, representando a situação limitede equilíbrio, onde se igualam as forças resistentes eas solicitantes do movimento. Quando FS < 1, significaque as forças solicitantes excederam às de resistênciae, nesta situação, o talude é considerado instável. Casocontrário, quando o numerador for maior que odenominador, o FS será maior que 1, denotando condi-ção estável e estabilidade no sistema.

O modelo matemático adotado no trabalho tevepor base a distribuição das forças atuantes em um taludede extensão infinita, avaliando a influência da vege-tação, através do Fator de Segurança.

Os mapas de fatores de segurança foram obtidosa partir da aplicação de operações matemáticas ecorrelações espaciais entre mapas temáticos, utilizandoSistemas de Informação Geográficas. Os mapas temá-ticos utilizados para análise dos fatores de segurançaforam: declividade, mapa de uso do solo, orientaçãodas encostas e mapa de solos. Estes mapas foram

TABELA 1. Uso do Solo da bacia sem considerar áreas de depósitos aluvionares e corpos d’água.


TABELA 2. Definição das classes de cada intervalode fator de segurança, considerando Fs de estabilidade

determinado pelo DNER (Fs = 1,5) como padrão.

processados em ambiente GIS através do softwareArcGIS 9.2, módulo ArcMap, e organizados comocoverage poligonais, sendo sobrepostos com operaçãode análise espacial (intersect – overlay), e criado,então, um novo nível de informação, onde cada polígonoé o resultado da intersecção de todos os polígonos deinput. Na seqüência os parâmetros geotécnicoslevantados foram inseridos no banco de dados produzidoe associados aos novos níveis de informação gerados,de forma que cada polígono criado estivesse relacio-nado aos dados geotécnicos.

Nesta nova coverage criada, foram atribuídosnovos itens (colunas) onde cada polígono passou a tero resultado das equações aplicadas. Trabalhou-sediretamente com o tool standart de cálculo da ESRIArcMap Spatial Analist.

Para a confecção do mapa de fatores de segu-rança das encostas, foram estabelecidas nove classesde intervalo de fator de segurança e convencionou-seque, para a encosta ser considerada estável, o fator desegurança determinado deverá resultar em um valormaior que 1.5, em conformidade com o utilizado peloDNER (1996) em taludes das rodovias brasileiras(Tabela 2).

Os valores de fator de segurança foram obtidospara a área da bacia do Rio Ligeiro a partir da aplicaçãodo modelo matemático adotado (equação 06), atravésde operações matemáticas e correlações espaciaisentre mapas temáticos, utilizando Sistemas de Infor-mação Geográficas (Figura 3).

FATOR DE SEGURANÇA COM COBERTURA VEGETAL

Para analisar a influência da cobertura vegetal naestabilidade de vertentes, primeiramente distinguiram-se as tipologias vegetais presentes na área de estudo.

Conforme o Mapa de Uso do Solo, a área de estudoapresenta vegetações dos tipos agricultura, campo,capoeiras e remanescentes florestais.

Quando a influência da cobertura vegetal éconsiderada na avaliação da estabilidade de encostas,alguns parâmetros podem ser acrescidos no caso dehaver cobertura vegetal de porte considerado e ventossoprando no sentido da inclinação da vertente, conformeé mostrado na Figura 4.

Pressão Exercida Pelo Vento Sobre as Árvores (σσσσσVe)

A pressão (σve) exercida pelo vento sobre umacobertura vegetal pode ser transmitida ao solo, devendoesta força ser adicionada às forças favoráveis aomovimento. O cálculo que define a força do vento (Fve)está relacionado à inclinação da vertente, sendo obtidoatravés da razão entre a pressão exercida pelo vento(σve), nas copas das árvores, com a área da vertente(1/cosi), dada por:

ive

cosFve

σ= (1)

A pressão de arrasto do vento nas árvores foiinvestigada através de experimentos com florestasmodelos, em túneis de vento (Hsi & Nath, 1970). Osdados obtidos pelos experimentos foram entãosubmetidos à uma equação que determina o valor deσve, sendo a pressão de arrasto do vento dada por:

=

2

2a

ve C ρµσ (2)

onde C é o coeficiente de arrasto, possuindo valoresde 0,30 e 0,15 kPa; ρ é a densidade do ar (0,00123 g/cm3); µα é velocidade do vento em km/h.

Estudos feitos por Styczen & Morgan (1995),segundo Fiori & Borchardt (1997) revelam que a forçado vento somente tem significado para o aumento dasforças favoráveis ao movimento, quando este soprana direção do declive da encosta a partir de umavelocidade de 40 km/h.

Contribuição da Raiz Para a Coesão do Solo (Sr)

Em oposição à pressão do vento na copa dasárvores, a coesão do solo é acrescida na região do contatosolo-raiz, reforçando a resistência ao cisalhamento numvalor equivalente à variável definida como (Sr).

Para avaliar a contribuição na resistência aocisalhamento do solo pelas raízes, é necessário consi-derar a interação solo-raiz que leva a um aumento daresistência contra eventuais escorregamentos nasencostas (Waldron, 1977).


FIGURA 3. Esquema das atividades realizadas para cálculodo fator de segurança. Fonte: Modificado de Kozciak (2005).

FIGURA 4. Principais fatores da vegetação que influenciam na análisede vertentes e forças atuantes. Fonte: Fiori & Carmignani (2001).


A contribuição das raízes para o aumento daresistência do solo ao cisalhamento (Sr) foi estimada apartir da equação de Coulomb descrita em Fiori &Carmignani (2001), dada por:

φστ tgS rrr .+= (3)

Segundo Wu et al. (1979), o valor de Sr pode serestimado em 5,9 kPa nas tipologias de florestas e nasáreas de vegetação rupreste e campos, quando estesapresentavam-se em solos com profundidade até 1,50 m.

Peso das Árvores (σσσσσa)

A pressão (σa) exercida pelo peso das árvoressobre uma encosta de inclinação (i), é obtidamultiplicando o peso das árvores (Pa) pela área deabrangência das raízes.

Alguns pesquisadores estimaram valores para (σa),sendo encontrados valores de 5,2 kPa (Wu et al., 1979);2,5 kPa (Bishop & Stevens, 1964) e de 3,0 kPa naSerra do Mar (Wolle & Pedrosa, 1981).

A pressão (σa) que a cobertura vegetal exercesobre a vertente deriva do seu peso (Pa) e é dada por:

iPaa cos.=σ (04)

Para efeito de cálculo, no presente trabalho,considerou-se uma média de 3,6 kPa para florestas e2,0 kPa para capoeiras, conforme Kozciak (2005).

Utilizando os parâmetros para determinar o fatorde segurança, caso de solo saturado (h1=0 e h2=Z) eincluindo os parâmetros de cobertura vegetal (contri-buição da raiz para a coesão do solo, a tensão a quesão submetidas as raízes como forças resistentes aomovimento, a força do vento atuando sobre a copa dasárvores, como força solicitante e o peso das árvorestanto como força resistente como solicitante), a equa-ção utilizada pode ser definida como:

iFseniPZZTtgsenTiPZSCFs

veaasub

asubrs

cos].)..[(cos.]..cos)..[()( 2

++++++++=

γγθφθγ

(6)

onde: FS = fator de segurança; CS = coesão do solo;Sr = contribuição da raiz para a coesão do solo;Z = profundidade do solo; γsub = peso específico dosolo submerso; γa = peso específico da água; Pa = pesodas árvores sobre o solo; Fve = força exercida pelovento nas árvores; φ = ângulo de atrito interno do solo;i = ângulo de inclinação da vertente; T = tensão das raízes.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Uma vez determinadas todas as variáveis queatuam no processo de estabilidade de uma encosta,aplicou-se o modelo matemático, obtendo diferentesvalores de fator de segurança nas simulaçõesrealizadas. Este modelo possibilita o mapeamento dosdiferentes graus de risco ao escorregamento, interpo-lando os dados obtidos pelas equações de fator desegurança com os mapas temáticos elaborados.

Nesses casos, as forças derivadas da presençade vegetação aumentam a resistência ao escorre-gamento do solo. Observa-se que a presença devegetação, aliada à coesão do solo, contribui significati-vamente para a estabilidade das vertentes, não haven-do região instável onde existe vegetação.

Durante o mapeamento dos fatores de segurançadas encostas, pode-se observar a existência de zonasestabilizadas pela cobertura vegetal, com altas declivi-dades, tornando-se instáveis tão logo foi retirada acobertura vegetal.

Considerando o solo saturado com vegetaçãoobserva-se, na Tabela 3, que mais de 3,29% da áreada bacia apresenta-se instável com valores de FSmenores que 1,5. Caso fosse feita a extração da vege-tação existente na bacia, as áreas instáveis (FS < 1,5)aumentariam de 3,29% para 6,27%.

Os fatores de segurança determinados, conside-rando a presença de vegetação e saturação do solo,permitiram produzir o mapa da Figuras 5.

Observa-se nitidamente que, ainda na Tabela 3,para a pior situação (quando não se consideram osparâmetros da cobertura vegetal em solos saturados),mais de 6,27% da área apresenta valores de FS menorque 1,5, sendo que desses, 0,29% correspondem a áreascom valores de FS menor que 1, ou seja, áreas altamenteinstáveis.

Através do estudo realizado, verificou-se que osparâmetros da cobertura vegetal auxiliam na estabi-lidade da encosta, uma vez que, fazendo-se a corre-lação entre o Uso do Solo e os fatores de segurança,as áreas vegetadas (florestas e capoeiras) não apresen-tam porções instáveis (FS < 1,5). Todavia, quando sesimulou a retirada dessa vegetação para calcular osFS percebeu-se o surgimento de áreas com risco deescorregamento.

Em 18,33%, as áreas cobertas por capoeirasapresentaram instabilidade ao se retirar essa vegeta-ção, enquanto que nas regiões de florestas a retiradada vegetação tornou instável 11,41% da área.

Independentemente da classe de solo, declividadedo terreno ou velocidade do vento, em todos os casos


TABELA 3. Fator de segurança das áreas com e sem vegetação.

FIGURA 5. Mapa de fator de segurança do solo saturado com vegetação.


FIGURA 7. Detalhe da área em estudo, mostrando a influência da vegetação no fator de segurança.

FIGURA 6. Delimitação da bacia do rio Ligeiro em 3D,mostrando vegetação preservada em encostas de grande declividade.


FIGURA 8. Detalhes do Bairro Bonato.

o fator de segurança nas áreas com vegetação de portearbóreo foi superior a 2,0, indicando uma boa esta-bilidade.

Os remanescentes vegetais existentes na área dabacia encontram-se nas encostas de grande declividade(Figura 6) e, conforme se observou, foram preservadosprincipalmente pela dificuldade da ocupação urbanadessas áreas.

Avaliando os resultados do fator de segurançadeterminados para solos sem cobertura vegetal,observa-se que a instabilidade ocorre em solo saturadoa partir de declividades iguais a 20%. No caso de havercobertura vegetal, o risco ocorre a partir de declividadessuperiores a 30%.

A Figura 7 mostra um comparativo do fator desegurança da mesma área (Bairro Bonato) com e semvegetação. Na primeira parte, as áreas ocupadas porflorestas e capoeiras estão estabilizadas apresentandoFS superior a 3,0. Na segunda parte, quando se descon-

siderou a cobertura vegetal, as áreas que estavamocupadas por florestas e capoeiras se tornaram emgrande parte instáveis, apresentando FS < 1,5.

A Figura 8 mostra três pontos da encosta do BairroBonato que, segundo o cálculo do fator de segurança,são consideradas áreas instáveis com solo saturado esem vegetação. (1 < FS < 1,5).

As encostas de grande declividade, como é o casono Bairro Bonato (Figura 8 – Foto A), estão sendoocupadas por invasões, sem planejamento e de formadesordenada ou através de aprovação incorreta deloteamentos. Com isso, as vertentes estão sendomodificadas, trocando a vegetação da encosta porconstruções ou solos expostos, o que tem contribuídopara a ocorrência de escorregamentos.

Na Figura 8 – Foto B, pode-se observar emprimeiro plano uma área onde a floresta da encosta foiretirada, sendo trocada por campo e pastagem, apresen-tando processo de instabilidade, sendo possível ver


rastejos e erosões por toda a encosta, confirmando oresultado obtido nesse trabalho. Ao fundo da mesmafoto, ainda é possível ver o surgimento de moradiasmorro acima, de forma desordenada, com retirada davegetação.

Na Figura 8 – Foto C, pode-se notar que asencostas do Bairro Bonato, mesmo apresentando decli-vidade superior a 60%, estão sendo ocupadas e avegetação está sendo retirada para dar lugar às mora-dias, tornando-as áreas de risco.

Importante mencionar que, conforme o Mapa deFator de Segurança, as áreas das Fotos A, B e C (Figura8) estão localizadas em regiões com risco de escorre-gamento quando o solo estiver saturado e a vegetaçãofor retirada.

Essas ocupações contrariam, além dos critériosgeológicos e ambientais, as determinações da Lei

Federal 6.766/79, que trata do parcelamento do solourbano e considera que, em terrenos com declividade> 30%, somente será admitido o seu parcelamento ouuso se atendidas as exigências específicas dasautoridades competentes e as determinações da LeiFederal 4.771/65, que institui o Código Florestal,modificada pela Lei Federal 7511/86, que considera depreservação permanente as vegetações naturais emencostas com declividade superior à 45º.

É comum ver loteamentos sendo aprovados pela,Prefeitura Municipal de Pato Branco, em áreas sujeitasa essas restrições legais sem o cumprimento dasexigências específicas, mesmo possuindo informaçõessobre o meio físico. A idéia não é impedir totalmente aocupação das encostas, mas sim que o uso seja reali-zado de forma adequada e segura, respeitando ascondicionantes naturais.

CONCLUSÕES

Nessa pesquisa, estudou-se a influência davegetação na estabilidade de taludes, através de méto-dos analíticos, empregando a teoria do equilíbrio limite.

Os fatores envolvidos na análise de estabilidadeencontrados foram aplicados em dois modelos matemá-ticos para análise dos índices de segurança da áreaestudada, em função da existência ou não de vegetação.

Considerando-se a vertente com cobertura vegetale saturada, constata-se que mais de 3,29% da área dabacia tornou-se instável.

Quando é simulada a situação de solo sem cober-tura vegetal as áreas instáveis aumentaram de 3,29%para 6,27% para solo saturado.

Verificou-se também que a vegetação, aliada àcoesão do solo, contribui para a estabilização dasencostas da região, uma vez que, o efeito da vegetaçãona encosta fez aumentar o Fator de Segurança da áreaestudada, não havendo região instável onde existevegetação.

Muitas áreas estão estáveis graças à ação davegetação que aumentou o valor de FS acima de 2,0,indicando uma boa estabilidade. A vegetação dessaforma está protegendo essas áreas, garantindo a suaestabilidade e sua remoção faz com que essas áreaspassem a ser instáveis em condições de risco de escor-regamento.

Observou-se ainda que a vegetação representa18,09% do total da bacia e quando retirada a vegetação,nas regiões de florestas 11,41% da área tornou-se instável,já nas áreas ocupadas por capoeiras passaram aapresentar 18,33% de instabilidade para solo saturado.

A avaliação dos índices de segurança da área dabacia do Rio Ligeiro permite concluir que a vegetação

apresenta um papel importante na estabilidade dasvertentes por efeito do peso das árvores e agregaçãodo solo pelas raízes. Este fato mostra a importância davegetação no aumento da estabilidade de vertentes ea necessidade de sua preservação.

Percebeu-se que, para a pior situação, quando nãose consideram os parâmetros da cobertura vegetal emsolos saturados, mais de 6,27% da área apresentavalores de FS < 1,5, sendo que desses, 0,29% corres-ponde a áreas com valores de FS menor que 1, ou seja,áreas altamente instáveis.

Através do mapeamento realizado e sem conside-rar a cobertura vegetal observa-se que o risco deescorregamento ocorre a partir de declividades iguaisa 20%, em terrenos com solo saturado. No caso dehaver cobertura vegetal, o risco ocorre a partir de decli-vidades superiores a 30%.

Ficou evidente que a bacia do Rio Ligeiro apre-senta áreas instáveis com solo saturado, susceptíveisa escorregamentos, como conseqüência dos fatoresambientais, do meio físico e da ocupação antrópica dasencostas que remove a vegetação.

Assim, evidenciou-se que os mapas de índices desegurança tornam-se ferramentas indispensáveis parao planejamento territorial e amenização das conseqüên-cias geradas pelos escorregamentos. São de fundamen-tal importância para os planejadores, pois permitemelaborar medidas de prevenção e mitigação dos riscos,direcionando as políticas públicas de uso e ocupaçãodo solo.

Enfim, pode-se concluir que a metodologia aquiapresentada mostrou-se satisfatória, apresentandoresultados coerentes com a realidade. O esclare-


cimento sobre as limitações e potencialidades dosterrenos possibilitará ao governo municipal tomardecisões em relação ao uso e ocupação do solo, a partirdo conhecimento das principais características do meiofísico estudado.

Espera-se que, através do mapa de uso do solo,possa ser feito o controle para a preservação dacobertura vegetal restante, devendo ser feitas atualiza-

ções periódicas para informações sobre as mudançasocorridas na área em determinada época.

Espera-se que este trabalho contribua com asociedade em geral para o desenvolvimento da cidade,servindo como uma ferramenta de subsídio ao seucrescimento planejado, respeitando as questões ambi-entais e orientando o uso e ocupação do solo na áreade expansão do município.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. AUGUSTO FILHO, O. Cartas de risco de escorregamento:uma proposta metodológica e sua aplicação no municípiode Ilhabela, SP. São Paulo, 1994. 172 p. Dissertação(Mestrado em Engenharia) – Escola Politécnica, Universidadede São Paulo.

2. BISHOP, A.W. & STEVENS, M.E. Landslide on loggedareas in southeast Alaska. United States Department ofAgriculture, Forest Service, Northern Forest ExperimentStation, Juneau, AK, Research Paper NOR-1, 18 p., 1964.

3. CPRM – COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOSMINERAIS. Mapa Hidrogeológico da América do Sul –Escala: 1:5.000.000: texto explicativo/UNESCO. Depar-tamento Nacional de Produção Mineral, Companhia dePesquisa de Recursos Minerais. Brasília: CPRM, 1996.

4. DNER – DEPARTAMENTO NACIONAL DEESTRADAS E RODAGEM. Manual de Pavimentação.MT – Ministério de Transportes; Divisão de CapacitaçãoTecnológica, p. 48-62, 1996.

5. DSG – DIRETORIA DE SERVIÇO GEOGRÁFICO. Folhatopográfica MI – 2862/2 (Pato Branco), Estado do Paraná,Escala 1:50.000, 1980 (a).

6. DSG – DIRETORIA DE SERVIÇO GEOGRÁFICO. Folhatopográfica MI – 2862/4 (Mariópolis), Estado do Paraná,Escala 1:50.000, 1980 (b).

7. EMBRAPA – CENTRO NACIONAL DE PESQUISA DESOLOS. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos.Rio de Janeiro: EMBRAPA, 412 p., 1999.

8. EMBRAPA – SERVIÇO NACIONAL DE LEVANTA-MENTO E CONSERVAÇÃO DOS SOLOS. Levantamentode Reconhecimento dos Solos do Sudoeste do Estado doParaná. Curitiba: EMBRAPA-SNLCS/SUDESUL/IAPAR,79 p., 1974. (Boletim Técnico n. 40).

9. EMBRAPA – SERVIÇO NACIONAL DE LEVANTA-MENTO E CONSERVAÇÃO DOS SOLOS. Levantamentode reconhecimento dos solos do Estado do Paraná. Curitiba:EMBRAPA-SNLCS/SUDESUL/IAPAR, 196 p., 1984.(Boletim de Pesquisa, 27).

10. FIORI, A.P. & BORCHARDT, N. Influência da vegetação naestabilidade de taludes naturais. Curitiba: Boletim Para-naense de Geociências, n. 45, p. 43-58, 1997.

11. FIORI, A.P. & CARMIGNANI, L. Fundamentos de mecâ-nica dos solos e das rochas: aplicações na estabilidade detaludes. Curitiba: Editora da UFPR, 550 p., 2001.

12. GRAY D.H. Consequences of vegetation removal. In:D.H. BARKER (Ed.) , Vegetation and Slopes:Stabilisation, Protection and Ecology. London: ThomasTelford, 296 p., 1995.

13. GRAY, G.L. & LEISER, A.J. Role of vegetation in stabilityand protection of slopes. Biotecnical slope protection anderosion control. New York. Van Nortrand Reinhol Company,p. 37-65, 1982.

14. GUIDICINI, G. & NIEBLE, C.M. Estabilidade de Talu-des Naturais e de Escavação. São Paulo: Editora Blücher,196 p., 1983.

15. HSI, G. & NATH, J.H. Wind drag within a simulated forest.Journal of Applied Meteorology, n. 9, p. 592-602, 1970.

16. IBGE – INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA EESTATÍSTICA. Manual técnico de uso da terra. SérieManuais Técnicos em Geociências, n. 7, 91 p., 2006.

17. KOZCIAK, S. Análise da estabilidade de vertentes nabacia do Rio Marumbi – Serrra do Mar – Paraná. Curitiba,2005. 141 p. Tese (Doutorado em Geologia) – UniversidadeFederal do Paraná.

18. PRANDINI, L.F.; GUIDICINI, G.; BOTTURA, J.A.;PONÇANO, W.L.; SANTOS, A.R. Atuação da coberturavegetal na estabilidade de encostas: uma resenha crítica.São Paulo: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado deSão Paulo - IPT, 38 p., 1976. (Relatório n. 1074).

19. RODRIGUES, B.B. Inventário e análise de suscepti-bilidade aos escorregamentos de massa gravitacionais eerosão na região de Águas de Lindóia – SP – Escala1:10.000. São Carlos, 1998. 163 p. Dissertação (Mestradoem Geotecnia) – Escola de Engenharia de São Carlos.

20. STYCZEN, M. & MORGAN, R.P.C. Engineering propertiesof vegetation. In: MORGAN, R.P.C. & RICKSON, R.J.(Eds.), E&FN SPON, Cap. 2, p. 2-58, 1995.

21. VARGAS, M. Revisão histórico-conceitual dos escorrega-mentos na Serra do Mar. Boletim Solos e Rochas (ABMS eABGE), v. 22, n. 1, p. 53 - 83, 1999.

22. WALDRON, L.J. The shear resistance of root-permeatedhomogeneous and stratified soil. Soil Science Society ofAmerica Journal, n. 41, p. 843-849, 1977.

23. WOLLE, C.M. & PEDROSA, J.A.B. Horizontes de transiçãocondicionam mecanismos de estabilização de encostas na Serrado Mar. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIADE ENGENHARIA, 3, 1981, Itapema. Anais... Itapema,1981, v. 2, p. 121-135.

24. WU, T.H.; McKINNELL, W.P.III.; SWANTON, D.N.Strength of tree roots and landslides on Prince of WalesIsland, Alaska. Canadian Geotechnical Journal, n. 16,p. 19-33, 1979.

Manuscrito Recebido em: 21 de agosto de 2008Revisado e Aceito em: 23 de dezembro de 2008

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