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15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

CONTRIBUIÇÃO À AVALIAÇÃO DE RISCO GEOLÓGICO A PARTIR DE

TÉCNICAS DE SENSORIAMENTO REMOTO EM ANÁLISE DE IMAGENS

SRTM, ASTER-GDEM E LANDSAT APLICADAS AOS MUNICÍPIOS DE

EMBU DAS ARTES E ITAPECERICA DA SERRA, SP

Luiz Fernando Dos-Santos 1; Tiago Antonelli ²

Resumo – Este trabalho visa utilizar técnicas de sensoriamento remoto para extração de lineamentos estruturais analisados em contribuição à gestão e gerenciamento dos riscos geológicos, de graus Alto e Muito Alto, de Embu das Artes e Itapecerica da Serra, mapeados em 2014, pelo Serviço Geológico do Brasil/CPRM, no âmbito de seu programa de mapeamentos geotécnicos em caráter emergencial a serviço do Governo Federal. A interpretação dos lineamentos foi realizada com base em mapas de relevo sombreado utilizando dados SRTM provenientes do projeto Topodata do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais e do Modelo Digital de Elevação Global, versão 2, proveniente do sensor ASTER, além do uso de imagens do Landsat 5 TM, especialmente a banda 4 com linear strech, e imagens mais recentes do Google Earth. A aplicação da metodologia mostrou-se eficaz na representação da geologia regional, na escala 1:60.000, referente à resolução espacial dos dados utilizados. A integração dos dados mostra as fortes tendências regionais NE e NW. Os produtos gerados foram mapa de lineamentos, mapa de classes por direção, mapa de densidades relativas ao número de feições e de seu comprimento acumulado por km² e análises estatísticas com uso de diagramas de Roseta. Análise comparativa dos produtos foi realizada com os dados de predisponentes e condicionantes geológico-geotécnicos coletados em campo, das áreas de risco geológico. Esta análise sugere a possibilidade de algumas áreas serem mais suscetíveis a deslizamentos considerando a estruturação regional como condicionante, além do cenário típico antrópico dos assentamentos precários como deflagrador de deslizamentos (taludes de corte e aterro).

Abstract – This paper aims to use remote sensing techniques for extracting structural lineaments for their analysis in contribution to geological risks management, of High and Very High risk degrees, of Embu das Artes and Itapecerica da Serra, mapped in 2014 by the Geological Survey of Brazil / CPRM, within its geotechnical mapping program on an emergency basis at the service of the Federal Government. The interpretation of the lineaments was based on shaded relief maps using SRTM data from the Topodata Project of the National Institute for Space Research and the Global Digital Elevation Model, version 2, from the ASTER sensor, and the use of Landsat 5 TM, especially the band 4 with linear stretch, and recent Google Earth images. The methodology was effective in representing the regional geology, being effective at the 1: 60,000 scale referring to the spatial resolution of the used input data. The integration of data shows NE and NW strong regional trends. The generated products were: map of lineaments, direction classes map, density map of lineaments per km² and of its total length per km² and statistical analysis using rose diagrams. Comparative analysis of the products were carried out with the predisposing and geological-geotechnical conditions collected in the field, of geological risk areas. Thus it suggested the possibility that some areas are more susceptible to landslides considering the regional structure as a condition, beyond the typical man-made scenario of precarious settlements as triggering landslides (cut and fill slopes).

Palavras-Chave – Sensoriamento remoto, geológico-geotécnico, risco geológico, Embu das Artes, Itapecerica da Serra.

Pesquisadores em geociências, geólogos – Serviço Geológico do Brasil (São Paulo), 1 (11) 3775-5157, luiz.fernando@cprm.gov.br;

2 (11) 3775-5216, tiago.antonelli@cprm.gov.br.

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1. INTRODUÇÃO

O Serviço Geológico do Brasil – SGB/CPRM, no âmbito do Plano Nacional de Gestão de Riscos e Resposta a Desastres Naturais (Plano Plurianual 2012-2015), foi responsável por executar a cartografia geotécnica, incluindo a de riscos geológicos, provendo as informações básicas geradas para o Centro Nacional de Gerenciamento de Risco de Desastres Naturais – CENAD, para o Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais – CEMADEN, Defesas Civis locais e demais órgãos federais de atuação integrada e multissetorial.

O mapeamento é desenvolvido em municípios pré-selecionados, que apresentam histórico de danos e perdas causados por processos geológicos adversos intensos com atingimento da população (Sampaio et al. 2013). O SGB/CPRM realizou em 2014 o mapeamento de setores de grau de risco geológico R3-Alto e R4-Muito Alto para processos de movimentos de massa, inundações e enxurradas para os municípios de Embu das Artes e Itapecerica da Serra, SP.

1.1. Objetivo

A análise do risco geológico leva em consideração, principalmente, os predisponentes e os condicionantes geológico-geotécnicos de superfície, além do histórico acumulado, para culminar nos graus de risco (Cerri et al. 2007). Este trabalho visa apresentar estes parâmetros, para o processo de escorregamento, correlacionando-os a uma análise interpretativa de produtos gerados por técnicas de sensoriamento remoto – SR, reconhecidas para caracterização morfo-estrutural e geotécnica de caráter regional de maneira que a contribuição dos dados de SR possa ser significativa para a contínua avaliação, gestão e gerenciamento municipais.

1.2. Localização

Os municípios de Embu das Artes e de Itapecerica da Serra (SP) estão localizados a oeste da capital paulista, com acesso pela Rodovia Régis Bittencourt nos Km 279, 282 e 285 (Figura 1).

Figura 1. Localização da área dos municípios de Embu das Artes e de Itapecerica da Serra, SP e principais acessos como a Rodovia Régis Bittencourt.

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2. MATERIAIS E MÉTODOS

Áreas com registro de movimentos de massa e fenômenos associados foram levantadas utilizando seus respectivos PMRR, previamente ao campo. Posteriormente, de 19 a 23 e 26 a 29 de maio de 2014 com acompanhamento de técnicos locais das defesas civis foram visitados bairros e ocupações para visualização e registro dos predisponentes e condicionantes geológico-geotécnicos, com coleta de dados georreferenciados, detalhes em Dos-Santos & Antonelli (2015).

De acordo com cada processo geodinâmico esperado, as informações foram agrupadas em pranchas técnicas com informações gerais dos condicionantes físicos, grau de risco, número estimado de moradias e moradores e recomendações técnicas para sua minimização. Foram também gerados arquivos em ambiente SIG, no software ArcGIS©, para os dados de campo.

Para caracterizar fraquezas estruturais que possam vir a ser correlacionadas com as áreas de risco geológico foi utilizado o traçado de feições lineares em ambiente SIG. A interpretação das estruturas teve como base a extração de lineamentos que segundo O’Leary et al. (1976) são feições lineares de uma superfície, mapeável, simples ou composta, cujas partes encontram-se alinhadas de forma reta ou ligeiramente curva e que definem feições adjacentes, refletindo provavelmente fenômenos de subsuperfície. Para Batista et al. (2014), o uso de SR, junto com geologia e declividade contribui para o entendimento do comportamento geotécnico de terrenos.

Para Ribeiro et al. (2011) e Andrades-Fº & Fonseca (2009), o relevo sombreado é mais vantajoso para extração de lineamentos do que imagens de satélite, por realçarem estrutura e textura, portanto, foi utilizado recorte da cena 24ºS 47ºW do MDE Global-2 do ASTER/TERRA, de resolução 30m (NASA 2001) e para aferição foi utilizado recorte da cena 23ºS 48ºW do projeto Topodata/INPE, SRTM de resolução 90m interpolados por krigagem para 30m (Valeriano 2005). Foi realizada iluminação nos AZ: 0º/45º/90º/135º/180º/225º/270º/315º; inclinação de 45º. Foi empregado ainda recorte da cena 219/076, obtida pelo sensor TM (Thematic Mapper) do Landsat 5, em 18/04/2010, do projeto Global Land Survey 2010 (NASA), para uso da banda 4 com linear strech que destaca estruturas geológicas (Klein 1998) e de composições RGB 321, 457 e 345, para realce espectral. Além disso, foi usada imagem mais recente do Google Earth.

Mapas de relevo sombreado e as cenas de falsa cor e da banda 4 determinaram a interpretação dos lineamentos, ressaltados perpendicularmente à iluminação. Os traços são representativos de feições mofo-estruturais, de informações do caráter deformacional e de suas zonas preferenciais de atuação de esforços, incluindo os alinhamentos de relevo, vales e outras feições de juntas, falhas e fraturas que indicam o contexto tectono-estrutural (Klein 1998).

Seguiu-se então com execução de rotina do EasyCalculate10 (2015) para obter os azimutes dos lineamentos, de forma automática e sua classificação por segunda rotina, proposta por Oliveira et al. (2009), atualizada para a linguagem vigente do ArcGIS©, VB Script. Mapas de densidades também foram gerados (lineamento por km² e comprimento em km por km²), função Kernel e, além disso, os produtos de estatísticas e elaboração de diagramas de Roseta para análise dos trends estruturais e comparação dos resultados com os aspectos intrínsecos de cada área para processo de deslizamento (fluxograma na Figura 2).

Figura 2. Fluxograma da metodologia utilizada (linha tracejada), complementar ao do SGB/CPRM.

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3. ASPECTOS GEOLÓGICOS-GEOTÉCNICOS

A geologia da Região Metropolitana de São Paulo – RMSP está compartimentada em embasamento Pré-Cambriano, sedimentos Paleógenos-Neógenos da Bacia Sedimentar de São Paulo, suítes graníticas e sedimentos Quaternários (Monteiro et al. 2012). Terrenos do embasamento cristalino foram justapostos no Pré-Cambriano por processos tectônicos, deformacionais e metamórficos que originaram falhas transcorrentes de direção ENE-WSW. O embasamento é composto pelos terrenos Apiaí (Grupo São Roque e Serra do Itaberaba) e Embu (Complexo Embu) (Monteiro et al. 2012; Futai et al. 2012).

No Paleógeno foi formado o Rift Continetal do Sudeste Brasileiro – RCSB (Riccomini 1989) pela reativação de falhas com deslocamento normal. No Cenozóico, as depressões geradas foram preenchidas por sedimentos formando a Bacia Sedimentar de São Paulo – BSSP, de idade Paleógena-Neógena e Quaternária. Esta bacia é limitada a norte pela Falha de Taxaquara-Jaguari e a sul por elevações do Terreno Embu (Futai et al. 2012).

Gnaisses biotíticos, migmatíticos (bandados), graníticos (ortognaisses), anfibolitos, rochas calciossilicatadas e metassedimentos (xistos, filitos e metarenitos) de maior ou menos grau compõem o Complexo Embu. Os terrenos metamórficos apresentam estruturas subparalelas às zonas de cisalhamento, possuindo milonitização próximos às falhas (Monteiro et al. 2012). Intenso magmatismo Neo-Proterozóico foi responsável pela intrusão de granitos sin e pós-tectônicos, como o Granito Itapecerica da Serra (CPRM 2004), a sul (Figura 3). Portanto, na área os solos residuais são provenientes de gnaisses, xistos e granitos. Além destes, depósitos tecnogênicos e solos aluvionares ao longo dos cursos d’água são presentes, assim como, porções restritas correlacionáveis à Bacia de São Paulo, fora dos limites regionais estabelecidos (Futai et al. 2012).

A disposição da drenagem evidencia controle lito-estrutural, com canais apresentando paralelismo e linearidade e comuns inflexões em ângulos retos, como o caso do Rio Embu-mirim, sinalizando o forte controle regional. Hasui (1975) identifica a Zona de Cisalhamento Transcorrente Dextral de Caucaia (ZCDC), marcada pelo Rio Cotia, a NW da área.

Figura 3. Mapa geológico da região de Embu das Artes e Itapecerica da Serra sobreposto pelas áreas de risco mapeadas para escorregamento e sotoposto ao MDE-ASTER/GDEM2 (modif. de Coutinho, 1980).

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Para os gnaisses da RMSP, Futai et al. (2012) indicam valores médios de ângulo de atrito de 28,8º (±5,9º) e de coesão de cerca de 35 kPa, valores que podem ser estendidos para as demais rochas Pré-Cambrianas da área pelo comportamento geológico-geotécnico semelhante. O relevo da área é caracterizado como morrotes alongados (IPT 1981) com declividades altas variando entre 15 a 30%, desfavorável à ocupação precária. A região tem média entre 1.300 e 1.500 mm de chuvas anuais, distribuídas irregularmente ao longo do ano com maior concentração no período de novembro a março (DAEE 2015).

Os deslizamentos são deflagrados quando as tensões cisalhantes mobilizadas se igualam à resistência ao cisalhamento, condição atingida ou pela redução da resistência ou pelo aumento das tensões mobilizadas (Gerscovich 2009). Situações presentes, na maioria, nos assentamentos precários, cujo cenário de risco urbano denso tem a água como o principal agente deflagrador.

Rodriguez (1998) aponta como condicionantes dos escorregamentos os tipos de litologias e suas características geotécnicas; as estruturas que formam planos de fraqueza por onde se percola água com formação de solos espessos sujeitos aos movimentos de massa; a geomorfologia que indica as encostas mais íngremes e sujeitas aos movimentos; por fim, a água que é catalisadora dos processos de intemperismo, transporte e modificadora do estado de tensão dos maciços, podendo induzir instabilidades. O mesmo autor, após cruzar informações de relevo, geologia e lineamentos morfo-estruturais definiu que os municípios aqui estudados estão localizados em uma zona de alta potencialidade para o desenvolvimento de deslizamentos, relativo ao domínio do Terreno Embu. Os terrenos com menor potencialidade estão situados no domínio da Bacia Sedimentar de São Paulo, enquanto que as suítes graníticas presentes têm baixa a média potencialidade relativa para processos de escorregamento.

4. RESULTADOS & DISCUSSÃO

Utilizando a metodologia apresentada, foram interpretadas 652 feições com tendências gerais NE e NW, de acordo com o diagrama de rosetas de comprimento acumulado (Figura 4.a). Foram divididas em classes E-W, NE, NNE, NNW e NW (Figura 4.b) para análise das frequências e principais orientações. O Mapa de Lineamentos e o Mapa de Classes estão na Figura 5.

A maior frequência acumulada está na direção NE-SW, com 238 lineamentos correspondendo à principal estruturação regional e à direção local das deformações da ZCDC e posteriores reativações. O sistema NW-SE apresenta a segunda maior frequência com 207 feições extraídas, sendo que, estas tendências são concordantes com a geologia regional apresentada (Tabela 1).

Tabela 1. Estatísticas básicas extraídas dos lineamentos estruturais foto-interpretados.

Direção (classes)

Frequência Azimute Médio (°) Comprimento dos Lineamentos

Total (km) Médio (km) E-W 121 109,04 120,53 1,00 NE 238 80,48 280,16 1,18

NNE 36 108,40 43,75 1,22 NNW 50 207,37 52,01 1,04 NW 207 153,12 194,92 0,94

TOTAL 652 131,68 691,37 1,08

A interpretação das imagens processadas apontou alto controle litológico e estrutural das descontinuidades geológicas. Notadamente, exemplo pode ser observado (Figura 3) do controle lito-estrutural do Rio Embu-mirim, com nascente em Itapecerica da Serra e rumo NNE, que sofre desvio em Embu das Artes, de 135º para sentido SSE por conta de falhamentos controlados pelo sistema de lineamentos NNW e NNE, e em seguida sofre inflexão para E desaguando na Represa Guarapiranga. Rodriguez (1998) considera que esta anomalia evidenciada pela drenagem é concordante ao proposto por Riccomini (1989) de caráter de extensão WNW-ESE ou compressão local NNE-SSW, sendo de natureza neotectônica.

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A B

Figura 4. (a) Diagrama de frequência com peso pelo comprimento das feições, mostrando as direções preferenciais de ocorrência dos principais lineamentos estruturais foto-interpretados. Notar que as fortes tendências NE e NW decorrem da estruturação regional e da ZCDC (b) Diagrama de Roseta utilizado para análise dos lineamentos, como proposto em Oliveira et al. (2009).

O maior direcionamento dos lineamentos tem tendência NE (Figura 4.a), decorrente da influência marcante da ZCDC, com forte contribuinte perpendicular a NW, provavelmente correspondente à fase anterior de transcorrência compressiva (Riccomini 1989), representante do padrão do controle estrutural. Rodriguez (1998) aponta ainda a ocorrência da Falha do Rio Pirajuçara NE-SW, coincidente com o Ribeirão da Ressaca em Embu das Artes, de continuidade provável até Guarulhos, ativada em caráter normal rúptil pela fase final de extensão WNW-ESE.

Na Figura 5, são apresentados também os mapas de isodensidades gerados, por frequência e por comprimento acumulado para se observar as densidades dos lineamentos relativas às áreas mapeadas para correlação interpretativa. Duas regiões, coincidentes com a presença de áreas de risco mapeadas, apresentam relativa alta densidade (maior que 1,7/km², pelo Mapa de Densidade lineamento/km²), e são apresentadas em maior detalhe nos quadros A e B da mesma figura. Para estas mesmas áreas, com as informações de comprimento acumulado por km², a densidade é relativamente baixa evidenciando o peso da continuidade de grandes feições e seu relativo grande comprimento coincidentes na ZCDC e com as drenagens como o Rio Embu-mirim e o Rio Cotia. No Detalhe A, as áreas de risco mapeadas de Embu das Artes, EMB-10 (Figura 6.e), EMB-11 e EMB-16 (Figura 6.f), mais a EMB-06, localizada a norte fora do detalhe, configuram áreas de Alto risco em altas densidades variando de 1,7 a 2,5 lineamentos/km². No Detalhe B, para Itapecerica da Serra são destacadas as áreas, também de risco Alto, ITS-01 (Figura 6.d), ITS-02, ITS-03, ITS-14 e ITS-15 (Figura 6.c) com densidades altas de 1,9 a 3,2 lineamentos/km², evidenciando contribuinte estrutural para os condicionantes.

Em campo, foi realizada a investigação geológica-geotécnica de superfície (Cerri et al. 2007), com a observação da geometria dos taludes, o tipo de ocupação e sua densidade, a presença de vegetação, água, estruturas de engenharia (canaletas, guias etc), a presença ou não de escorregamentos pretéritos, entre outros aspectos. No geral, numa análise de pequena escala, a ocorrência das áreas está associada à ocupação precária de encostas e taludes íngremes, onde são realizados cortes e lançamentos de aterros, misturados a todo tipo de lixo e outros materiais desfavoráveis à estabilidade (Figura 6).

A inexistência de qualquer tipo de sistema de drenagem é comum na região fazendo com que a água seja o principal deflagrador de processos de escorregamentos nestas áreas de ocupação precária. Portanto, o caráter antrópico neste cenário urbano, a priori, é o principal agente causador dos riscos averiguados em campo, sendo concordante ao apontado por Wolle & Namba (2012), que constataram que a maioria das instabilizações na RMSP está associada ao fator antrópico, em maior ou menor grau de contribuição.

Assim, as áreas com densidades relativamente altas de lineamentos regionais, aqui destacadas, apresentam também como principal fator preparatório, o antrópico, quando não como agente deflagrador direto, independente se exista condicionantes geológico-geotécnicos ou não (Wolle & Namba 2012). Não obstante, as descontinuidades, tais como, falhas e fraturas de controle regional, condicionam a ocorrência dos processos, como apontado por Okida (1996) em seu caso particular, que ainda identifica como agentes deflagradores o desmatamento pela ação do Homem e o alto regime pluviométrico.

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Figura 5. Produtos gerados do uso conjunto de dados de campo, espaciais e espectrais em ambiente SIG: mapa de lineamentos, mapa de classes por direção, mapas de densidade por km² e de comprimento por km² e os detalhes A e B, de maior densidade relativa (com limites dos setores mapeados).

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A B

C D

E F

Figura 6. a) Moradia precária, instalada sem recuo para o corte. Setor ITS-16, Jardim Potuverá. b) Moradias de alvenaria situadas em encosta íngreme, onde foram promovidos cortes e aterros lançados e deslizamento com fatalidade, setor EMB-15, Jd. Santo Eduardo. c) Solo residual presente na área, setor ITS-15, Jardim Nisalves, onde houve deslizamento planar. d) Moradia encaixada em corte em solo residual, setor ITS-01, Jd. Paraíso. e) Encosta íngreme ocupada precariamente, setor EMB-10, Pinheirinho. f) Moradias à meia encosta, em corte e aterro, setor EMB-16, Jardim Santo Antônio.

As descontinuidades ou zonas de fraquezas estruturais das litologias, representadas pelos lineamentos foto-interpretados são caminhos preferenciais para a pedogênese, erosão e transporte (deslizamentos), então, a ação antrópica acelera os processos de transporte em detrimento dos de intemperismo e formação dos solos (Sestini 1999).

As áreas de risco geológico, mapeadas para processos de movimentos de massa, tipicamente neste caso de deslizamentos planares, situados nas regiões com alta densidade de lineamentos por km², têm maior suscetibilidade de desenvolvimento dos processos adversos pelo condicionante estrutural representado pelos próprios lineamentos, aumentando a probabilidade de ocorrência do processo de deslizamento e consequentemente o risco. O risco aqui é produto de uma relação direta da probabilidade de ocorrência de um processo (ou perigo) pela vulnerabilidade das moradias em função das suas consequências (perda e danos).

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5. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Os principais fatores que condicionam o risco geológico na região são de caráter antrópico, notadamente nas áreas de assentamentos precários e de baixa resiliência onde a população não tem acesso à informação e técnicas e materiais de qualidade para a ocupação de terrenos naturalmente desfavoráveis (ou suscetíveis a processos de movimentos de massa). Os cortes para edificação das moradias são realizados sem técnicas adequadas causando perda de resistência ao cisalhamento, muitas vezes gerando aterros lançados que provocam instabilidades por aumento da solicitação do terreno, além de não haver condução adequada da água superficial e do descarte de depósitos antropogênicos (lixo, entulho e outros detritos).

Aparte de o fator antrópico condicionar fortemente o risco e muitas vezes o deflagrar, existe a possibilidade de que a superfície crítica, ou de ruptura, de encostas e taludes coincida com zonas de fraquezas ou de maneira mais complexa, que as zonas de fraqueza (falhas, fraturas e juntas) formem planos de menor resistência, condicionando os escorregamentos. De fato tal controle existe para escorregamentos, inclusive para cenários urbanos densos (Rodriguez 1998; Wolle & Namba 2012) em interface a encostas naturais ou taludes de corte e aterro. Para a avaliação da possível influência desses condicionantes geológico-estruturais foi realizado o levantamento das descontinuidades para análise das tendências regionais de controle lito-estrutural e correlação com as áreas de risco para movimento de massa.

A despeito das diferentes escalas de análise, as técnicas de sensoriamento remoto apresentaram resultados satisfatórios para caracterização regional geotécnica da região. A utilização dos lineamentos interpretados a partir dos dados e imagens de radar e satélite possibilitou aferir as tendências regionais das descontinuidades para NE e NW além das regiões com maior densidade de fraquezas estruturais e, consequentemente, com maior propensão ou perigo do desencadeamento de deslizamentos condicionados também a estas estruturas (falhas, fraturas, juntas).

Algumas das áreas mapeadas, de grau de risco R3-Alto para processos de deslizamento, estão localizadas em densidades acima de 1,7 lineamentos/km² (relativamente alta), como as denominadas EMB-06, EMB-10, EMB-11, EMB-16 de Embu das Artes e as ITS-01, ITS-02, ITS-03, ITS-14 e ITS-15 de Itapecerica da Serra. Recomenda-se que estas áreas tenham acompanhamento mais frequente pelas defesas civis municipais, pois, além de todos os predisponentes e condicionantes geológico-geotécnicos naturais e desfavoráveis à ocupação, constatados em campo, eles são fortemente agravados pela ação do Homem, como apontados pelos graus Alto ou Muito Alto de risco, este estudo ainda aponta uma maior densidade de estruturas geológicas que podem condicionar diferentes tipos de escorregamentos, além da tipologia recorrente de deslizamentos em taludes de corte e aterro lançado.

Recomenda-se também que sejam feitos estudos de maior detalhe da geologia estrutural em Embu das Artes e Itapecerica da Serra para maior precisão das informações, relacionando às questões dos processos geodinâmicos esperados, áreas de risco e de defesa civil dos municípios.

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