O desenvolvimento de relações entre chuvas e escorregamentos pode servir como fundamento para prever a sua ocorrência. No entanto, existem alguns problemas inerentes a todas as relações propostas, como a capacidade de definir com bom índice de acerto as condições de umidade precedente, negligenciando a variação
da topografia e a credibilidade dos dados meteorológicos que em geral são coletados de regiões distantes. Além disso, essas relações são conhecidas como sendo localizadas e restritas às regiões de estudo, devendo, portanto, ser obtidas preferencialmente para cada local separadamente. Além disso, para se definir os padrões de chuva é necessário uma grande quantidade de ocorrências de escorregamentos.
FELL (1994) declara que a correlação entre chuva e escorregamentos é prática em muitos casos, para prever a probabilidade de ocorrência de escorregamentos, e, mesmo que ela seja subjetiva e aproximada, deve ser considerada como uma informação válida na não disponibilidade de investigações mais detalhadas como as que foram apresentadas anteriormente.
No Brasil este tipo de correlação vem sendo realizado desde a década de 70 e teve como um dos primeiros trabalhos o “Ensaio de correlação entre pluviosidade e
escorregamentos em meio tropical” realizado por GUIDICINI e IWASA (1976). Neste
trabalho é abordada uma análise detalhada do registro pluviográfico de algumas regiões comumente afetadas por escorregamentos deflagrados pela chuva, localizadas no estados de São Paulo, Rio de Janeiro, Santa Catarina, Minas Gerais e Ceará.
As análises realizadas por GUIDICINI e IWASA (1976) tiveram como principal resultado uma série de cartas de periculosidade, individualizadas para cada região, obtidas com base na análise de três coeficientes, o gradiente de pluviosidade (gp) que leva em consideração os episódios de chuva intensa, e os coeficientes de ciclo (cc e
ce) cuja soma gera os coeficientes finais, que leva em consideração o ciclo completo
de chuvas.
CAINE (1980) estabeleceu uma curva de intensidades críticas de chuva para escorregamentos translacionais rasos que teve como base 73 registros de pares intensidade e duração de chuvas que deflagraram escorregamentos em vários locais do mundo. A partir destes dados foi elaborado o gráfico de intensidade (mm/h) X duração (h) do qual obteve a seguinte relação:
Ir = 14.82D-0,39 (8)
Nesta mesma linha outros pesquisadores como CANNON e ELLEN (1985) e WIEKZOREK (1987) também estabeleceram curvas para identificar índices críticos de chuvas. Na FIGURA 2.1 6 é apresentado um gráfico comparativo entre as curvas obtidas por estes autores.
Figura 2.16: Gráfico comparativo entre três envoltórias obtidas a partir de correlações entre chuvas e escorregamentos (KEEFER et al., 1987).
Em 1987 TATIZANA et al., apresentam um estudo que correlaciona os registros de escorregamentos dos 30 anos anteriores ocorridos na Serra do Mar no município de Cubatão com registros pluviométricos associados. Neste trabalho é considerada a situação de umidade antecedente do maciço a partir da análise de chuvas acumuladas em 4 dias, e um dos principais resultados foi a apresentação de uma envoltória para escorregamentos induzidos (FIGURA 2. 17), a qual pode ser representada pela equação de correlação abaixo (eq. 9).
I(Ac) = 2603.Ac-0,933 (9)
Onde: I é a intensidade horária, Ac é a acumulada de chuva em 4 dias anteriores (mm).
Além desta envoltória eles obtiveram ainda outras três envoltórias, para escorregamentos esparsos, generalizados, e corridas de lama.
Figura 2.17: Envoltória para escorregamentos induzidos obtida por TATIZANA et al. (1987) para 4 dias de chuva acumulada.
Entretanto, é preciso considerar que as envoltórias apresentadas podem ser utilizadas com restrições, visto que foram obtidas para locais e situações específicas. Outro problema comum a elas é o fato de não indicarem graficamente, as condições limites de sua utilização, como por exemplo as condições extremas de intensidade e duração.
De um modo geral, envoltórias de precipitação críticas são de grande importância para o monitoramento da ocorrência de escorregamentos, principalmente porque formam a base para a geração de sistemas de alerta em tempo real. Estes podem ser implementados a partir de medidas de precipitação obtidas por uma rede de sensores de chuva, onde as medidas totais ou parciais de precipitação são comparadas com as envoltórias de chuva crítica e quando necessário o alerta de perigo é acionado (JACOB e WEATHERLY (no prelo)). No entanto, sistemas como estes demandam uma infraestrutura complexa com monitoramento constante durante a estação chuvosa. Além disso, para garantir a precisão do sistema devem ser elaboradas envoltórias especificas para cada região monitorada.
KEEFER et al. (1987) desenvolveram um sistema de alerta em tempo real para a Baia de São Francisco na Califórnia. O sistema foi baseado na relação empírica e teórica entre chuvas e ocorrência de escorregamentos, na determinação de áreas geologicamente susceptíveis a escorregamentos. O modelo de cálculo utilizado baseia-se na obtenção de um volume crítico de água (Qc – eq. 10) que pode ser retido
na zona saturada antes que a pressão neutra aumente de maneira que leve a encosta a ruptura.
Qc = (uwc/γw). nef (10)
uwc = Zγt [ 1-(tan θ - tan φ)] (11)
Onde:
γw é o peso especifico da água; nef é a porosidade efetiva do solo; uw é a pressão neutra;
c é a coesão do solo;
γt é a massa específica do solo;
θ é a declividade;
φ é o ângulo de atrito interno.
Este sistema foi testado durante as tempestades de 12 a 21 de fevereiro de 1986, que geraram 800 mm de chuva na região. Apesar de analises posteriores demonstrarem que eram necessárias algumas modificações e desenvolvimentos adicionais, o sistema previu com sucesso a ocorrência dos maiores escorregamentos.
Em 1996 o Rio de Janeiro implantou o sistema de alerta para escorregamentos causados por chuvas intensas (D’ORSI et al., 1997), o Rio-Alerta. O sistema é implementado á partir das informações obtidas por uma rede de 30 pluviômetros automáticos que se encontram ligados a um sistema remoto de aquisição controlado por uma estação central de controle.
A obtenção dos valores de chuvas críticas foi baseada no estudo de TATIZANA
et al. (1987), e o critério adotado pelo sistema foi a chuva acumulada de 24 horas,
utilizando o limite de 100 mm/24h como de decisão e de 175 mm/24h como alerta, além disso, precipitações de 70 mm/h também acionam o alerta.
2.3. DINÂMICA DA ÁGUA NO SOLO
Nas últimas décadas, grande parte dos trabalhos relacionados com a estabilidade de encostas, tem demonstrado a importância das chuvas para a instabilização de taludes e deflagração de movimentos de massa gravitacionais. Sendo assim, a quantificação dos parâmetros que controlam o processo de infiltração de água nas encostas, ou seja identificar e quantificar os fatores que determinam o avanço da água e a sua real influencia na estabilidade, tornou-se indispensável na análise das condições das encostas.
A presença da água no interior de um maciço geológico gera o aumento da pressão neutra, a qual reduz a resistência ao cisalhamento do solo, levando-o a ruptura. Além disso, a água aumenta do peso do maciço acima da superfície de ruptura e contribui para a geração das forças favoráveis a ruptura.
Os mecanismos de ruptura que ocorrem a partir da infiltração da água no solo já foram enfocados em tópicos anteriores, no entanto, para que entender o mecanismo propriamente dito é preciso conhecer os componentes que fazem parte do processo. Isto será abordado neste tópico.
2.3.1. Infiltração
LIBARDI (2000), considera a infiltração como sendo a entrada de água no solo através de sua superfície, ou seja, da interface solo-atmosfera. Assim, durante uma chuva, parte dela pode infiltrar e movimentar-se para o interior do maciço e parte pode escoar pela superfície do solo.
O processo de infiltração pode ocorrer por gravidade ou capilaridade, caminhando da superfície onde se supõe haver um suprimento de água, para o interior do maciço, avançando como uma frente de encharcamento (frente de saturação ou umedecimento) com o decorrer do tempo.
O parâmetro comumente utilizado para quantificar a infiltração da água no solo é a velocidade ou taxa de infiltração, que é definida como a quantidade de água que atravessa a unidade de área da superfície do solo por unidade de tempo.
É fato experimental que, durante o processo de infiltração, estando o solo inicialmente seco, a taxa de infiltração decresce com o tempo, atingindo um valor final constante o qual é denominado de capacidade de infiltração. (MIYAZAKI, 1993; ARAÚJO FILHO e RIBEIRO, 1996 e WILSON, 1997)
A característica da curva de infiltração ter uma alta taxa de infiltração inicial é dada devido a existência de um gradiente matricial entre as zonas úmidas e secas, o qual diminui à medida que ocorre a transferência de água. Ou seja, à medida que a saturação ocorre essa diferença de potenciais diminui e a taxa de infiltração também.
Ainda em relação à curva de infiltração admite-se que quando o solo atinge o estágio de regime estacionário, ou seja a velocidade de infiltração torna-se constante, esta pode ser comparada ou até mesmo igualada a condutividade hidráulica saturada. Sendo assim, para eventos chuvosos com intensidades menores ou iguais a condutividade hidráulica saturada, toda a água irá infiltrar no solo. Porém para os casos onde a intensidade da chuva excede a condutividade hidráulica saturada, a infiltração será total apenas nos instantes iniciais até que a superfície do solo esteja saturada. Após esse instante tem início o fluxo superficial ou runoff, ou seja a quantidade de água excedente irá percolar sobre a superfície do terreno.
Outro conceito bastante discutido e que está relacionado ao movimento da água no solo é o termo capacidade de campo. A definição mais comumente utilizada na bibliografia é a de que a capacidade de campo é a quantidade de água retida pelo solo após a drenagem de seu excesso, ou seja, quando a velocidade do movimento descendente de água é praticamente nula. Para solos permeáveis de estrutura e textura uniforme a capacidade de campo pode ser alcançada de dois a três dias depois de encerrada a infiltração da água. Segundo REICHARD, (1986) o conceito de capacidade de campo pode ser considerado um critério prático para a determinação do limite máximo de água que um solo pode reter após o término da drenagem interna por gravidade.
Segundo EPA (1998) a distribuição da água durante a infiltração é um processo muito dinâmico e pode ser representado por 5 diferentes fases ou zonas: