15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

MAPEAMENTO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO E RISCOS NATURAIS NAS

BACIAS DOS ARROIOS PIMENTA E QUILOMBINHO, MUNICÍPIO DE

ARROIO DO PADRE/RS

Raquel Silva Wetzel 1; Adelir José Strieder

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Resumo – Acidentes e desastres naturais relacionados a grandes volumes pluviométricos têm ocorrido com frequência nas bacias dos arroios Pimenta e Quilombinho (Arroio do Padre, RS). A área carece de estudos geotécnicos para melhor planejar o enfrentamento às situações de risco natural da região. O objetivo deste trabalho é apresentar a caracterização geotécnica da área em ambiente SIG, por meio da metodologia de mapeamento geológico-geotécnica. Os solos foram classificados como: Argissolos Bruno Acinzentado (PBA) e Vermelho-Amarelados (PVA), Neossolos Regolíticos a Litólicos (RD/RL), e Solos Aluviais (AL). Os dados ASTER GDEM foram ajustados para altitudes ortométricas, a partir do que foram elaborados mapas como hipsometria e declividade. A análise desses mapas e as observações de campo permitiram a construção do mapa geológico-estrutural, do mapa geomorfológico e do mapa pedológico. O mapa pedológico foi gerado pelo método da Matriz de Sobreposição, que relacionou hipsometria, declividade e perfis do solo descritos em campo. O mapa geotécnico também foi gerado por Matriz de Sobreposição, e resulta do cruzamento dos mapas pedológico e geomorfológico. As unidades geotécnicas definidas para a área foram: RDte (Neossolos com alta capacidade de erosão), RDPBtems (RD/RL e PBA), PVAte (PVA) e SApi (sujeita a inundações e enxurradas). O trabalho mostra que o estrangulamento dos leitos dos arroios pela construção das pontes e dos seus aterros constitui um dos principais fatores de represamento das águas pluviais em situações críticas e, consequentemente, da erosão da calha principal das drenagens junto às pontes em solos de alta capacidade de erosão. Esses aspectos também contribuem para o forte assoreamento das planícies de inundação por material aluvionar imaturo.

Abstract – Natural hazards and disasters related to high pluviometric volumes have frequently occurred in the Pimenta and Quilombinho hydrological basins (Arroio do Padre, RS). The aim of this study is to present the geotechnical characterization of the interest area, by geological and geotechnical mapping methodology in a SIG environment. The soils were described as Argisoils Bruno-gray (PBA) and Red-Yellowish (PVA), Regolithic to Litholic Neosoils (RD / RL), and Alluvial Soils (AL). ASTER GDEM data were adjusted to orthometric heights to prepare hypsometric and slope maps. The analysis of these maps and field observations allowed the elaboration of geological-structural, geomorphological and soil maps. The soil map was derived by the Overlapping Matrix method, which related hypsometric, slope maps, and soil profile description in field observation. The geotechnical map for the Quilombinho and Pimenta river basins was also generated by Overlapping Matrix method, taking into account soil and geomorphological maps. The determined geotechnical units were: RDte (Neosoils, with high erosional capacity), RDPBtems (RD/RL and PBA), PVAte (PVA), and SAPI (subject to flooding and mudslides). The fieldworks showed that the stream beds stranglehold due to bridges and their landfills are the main causes for floodplain inundations and erosion at the main drainage channel. These aspects also contribute to coarse siltation processes in the upstream floodplains.

Palavras-Chave – desastres naturais, enxurradas, mapeamento geológico-geotécnico, geomorfologia.

1 Engenheira Geóloga, Universidade Federal de Pelotas, (51) 8231-2202, raquelwetzel@outlook.com

2 Geólogo, PhD, Universidade Federal de Pelotas, (351) 917351661, adelirstrieder@uol.com.br

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1. INTRODUÇÃO

O município de Arroio do Padre, localizado no sul do estado do Rio Grande do Sul, tem sido cenário de fortes enxurradas que já trouxeram muitos prejuízos à sua infra-estrutura e produção agrícola. As enxurradas têm ocorrido principalmente nas bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho. O local carece de conhecimentos geológico-geotécnicos fundamentais para melhorar o enfrentamento às situações de risco natural que estão ocorrendo no local. Desde 2009, o município de Arroio do Padre foi atingido pelo menos três vezes por episódios pluviométricos de grande intensidade, com grandes volumes precipitados em curtos intervalos de tempo. A enxurrada de 2010 causou a destruição de mais de 40 pontes, de 1 moinho, e de algumas edificações (galpões, paióis, estufas de secagem de fumo, etc.), sem contar as perdas na lavoura provocadas pelo granizo que veio acompanhando a forte precipitação (EMATER/RS, 2010). Conforme dados da EMATER/RS (Escritório Arroio do Padre), a precipitações atingiram marcas de 320 mm, sendo que 85% deste volume ocorreu num período de 3 horas, bem como diversas áreas foram atingidas por granizo por cerca de 40 minutos.

Segundo o conceito de Tobin e Montz (1997), as enxurradas que ocorrem na área de estudo configuram desastres naturais. Segundo esses autores, o desastre natural é o resultado do impacto de fenômenos naturais sobre um sistema social, intensos (ou extremos) o suficiente para causar danos e prejuízos que excedam a capacidade da comunidade ou da sociedade atingida em conviver com os efeitos produzidos.

1.1. Objetivos

O objetivo deste trabalho é apresentar a caracterização geológico-geotécnica da região de Arroio do Padre, principalmente nas bacias dos arroios Pimenta e Quilombinho, por meio da integração de dados de diferentes fontes em ambiente SIG. A caracterização utiliza a metodologia de mapeamento geológico-geotécnica para definir áreas vulneráveis e de risco frente às altas precipitações pluviométricas que ocorrem nessa região.

2. METODOLOGIA

A base metodológica para a construção do mapa geológico-geotécnico foi a metodologia desenvolvida por Lollo & Zuquette (1996), na qual as unidades geotécnicas podem ser estimadas pela sobreposição dos mapas pedológico e geomorfológico.

A etapa de campo foi realizada para identificar e descrever as rochas e as suas estruturas petrográficas e estruturais, bem como os tipos de solos. As etapas de campo também permitiram observar e identificar as principais unidades geomorfológicas, observar as drenagens dos arroios e registrar as principais evidências das enxurradas anteriores. Foram investigados 40 pontos de controle dentro das bacias dos arroios Pimenta e Quilombinho.

A construção do modelo digital de elevação (MDE) foi feita a partir da imagem ASTER GDEM. O georreferenciamento mais preciso da área foi realizado com base nas estações de referência de nível do IBGE (RNs) presentes nas rodovias BR-392, BR-116 e BR-293, que circundam a área de estudo. As altitudes da imagem ASTER GDEM foram ajustadas com base nas altitudes ortométricas das coordenadas dos RNs do IBGE e com base no geóide sistema geodésico SIRGAS 2000.4.

A área correspondente às bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho (Figura 1) foi delimitada sobre o MDE. A vetorização do polígono foi feita com auxílio de ferramentas de análise hidrológica do software ArcGis. A área que abrange o polígono é a base dos produtos cartográficos gerados.

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Figura 1: Metodologia. Mapa das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

A altimetria da área de estudo varia entre 43 m e 385 m, e as classes topográficas estão representadas no mapa hipsométrico (Figura 2). A maior percentagem (29,4%) das células (pixels) do MDE é representada por altitudes entre 160 e 210 metros.

Figura 2: Metodologia. Mapa hipsométrico das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

As classes de declividades da área de estudo estão representadas no mapa de declividade (Figura 3). As declividades mais acentuadas ocorrem em feições alongadas de orientação, principalmente, leste-oeste. A maior percentagem (24%) das células do MDE é representada por declividades entre 3,8° e 6,56°.

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Figura 3: Metodologia. Mapa de declividade das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

3. CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA

Geologicamente, a área de estudo está inserida no Batólito de Pelotas, que faz parte do Escudo Sul-Riograndense.

A etapa de campo permitiu a individualização de três tipos de rocha, onde o principal critério foi a diferença de textura, visto que as rochas encontradas são granitoides. As unidades de granitos individualizadas foram: i) GP, granodiorito porfirítico (Figura 4a), ii) MG, monzogranito de grão grosso e textura equigranular (Figura 4b), e iii) MM, monzogranito de grão médio e textura equigranular (Figura 4c).

Figura 4: Tipos de rochas presentes nas bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho e arredores a) Granodiorito porfirítico b) Monzogranito grosso c) Monzogranito médio.

O estrutura geológica da área de estudo é controlada por zonas de fratura e/ou foliação de baixo ângulo de mergulho. Essa condição geológico-estrutural controla a geomorfologia da região estudada (Figura 5).

Os trabalhos de campo evidenciaram a presença de 2 tipos básicos de estruturas deformacionais: i) zonas de fratura de baixo ângulo de mergulho, e ii) zonas de fratura de alto ângulo de mergulho. As zonas de fratura de baixo ângulo de mergulho foram registradas no sopé das escarpas de relevo, junto ou próximo dos arroios; por outro lado, as zonas de fraturas sub-verticais a verticais ocorrem em afloramentos posicionados em qualquer situação geomorfológica.

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Figura 5: Mapa geológico-estrutural das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

4. CARACTERIZAÇÃO GEOMORFOLÓGICA

A caracterização geomorfológica da área utilizou um modelo morfoestrutural para delimitação de unidades geomorfológicas relevantes à análise geotécnica. Esse modelo representa uma sucessão de estruturas do tipo cuestas, que são um conjunto de morros (hills) alinhadados, condicionados por uma estrutura geológica de baixo mergulho. Essa estrutura assimétrica (Figura 6) determina a existência de 2 flancos opostos: i) o flanco frontal (escarpa) de alta declividade, e ii) o flanco posterior (ou superior) de baixa declividade. Os flancos são separados por uma linha de crista no relevo, a qual atua como divisor de águas. Na área de estudo, as estruturas tipo cuestas são geradas pela justaposição de lâminas estruturais individualizadas pelas falhas de baixo ângulo de mergulho (Figura 6).

Figura 6: Estrutura geomorfológica da área de estuda. Foto da estrutura de relevo cuesta. As linhas em vermelho indicam a posição aproximada das falhas.

As unidades geomorfológicas delimitadas foram: i) escarpas (Es), ii) superfície inclinada superior (SIS), iii) topo convexo de morros e morrotes (To), iv) morros e morrotes rebaixados (MoM), e v) várzeas ou planície de inundação (PI). O mapa das zonas geomorfológicas (Figura 7) foi elaborado com base nos mapas de hipsometria e declividade, além da análise da imagem de satélite de alta resolução. As escarpas foram delimitadas onde as declividades são muito altas (>18°) e, geralmente, onde há mudança dos intervalos hipsométricos de forma rápida. A zona de várzea é composta por declividades muito baixas (<5%) nas menores altitudes da área e delimita a planície de inundação dos arroios Pimenta e Quilombinho.

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Figura 7: Mapa geomorfológico das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

5. CARACTERIZAÇÃO PEDOLÓGICA

Os solos descritos em campo foram classificados como Neossolos Litólicos e Regolíticos (RD/RL), Solos Aluviais (AL), Argissolos Bruno Acinzentados (PBA) e Vermelho-Amarelados (PVA), seguindo um detalhamento da proposta inicial apresentada por Costa e Silveira (1996). As investigações de campo mostraram que, mais do que o condicionamento litológico, os tipos de solos na área de estudo são condicionados pela geomorfologia e pela declividade do terreno.

Os Neossolos Litólitos e Regolíticos são pouco desenvolvidos. O horizonte A está diretamente sobreposto ao horizonte R ou C onde é comum bolsões e veios de argila eluviadas do horizonte A (Figura 8a). Os Solos Aluviais são sedimentos que estão na planície de inundação dos arroios (Figura 8b) e resultam da erosão das partes altas do terreno. Os Argissolos são médio a bem desenvolvidos e ambos podem apresentar processo de iluviação e eluviação de argila. No Argissolo Bruno Acinzentado (Figura 8c), o horizonte B é menos desenvolvido do que no Argissolo Vermelho-Amarelado (Figura 8d). A atividade de argila é mais alta no Argissolo Vermelho-Amarelado.

Os Neossolos foram encontrados em locais onde o terreno possui declividades maiores e as altitudes aumentam. Os Argissolos foram encontrados em altitudes variadas da área e em declividades médias a baixas, sendo que os Vermelho-Amarelados ocorrem preferencialmente nas declividades mais baixas, independente da altitude. Os Solos Aluviais estão presentes na planície de inundação dos arroios e, por isso, ocorrem principalmente nas menores altitudes.

O mapa pedológico foi gerado por uma operação de álgebra de mapas que consistiu no cruzamento das classes de declividade e hipsometria. O método é conhecido como Matriz de Sobreposição e gera um novo mapa com base na análise comparativa por combinações de outros dois mapas iniciais (Tabela 1). A tabela 1 foi construída com base nas observações feitas em campo.

Os pontos descritos em campo foram plotados no mapa pedológico (Figura 9) gerado e mais de 80% deles conferem com o modelo gerado.

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Figura 8: Tipos dos solos presentes nas bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho e arredores. a) Neossolo Regolítico com bolsões de argila no horizonte R eluviadas do horizonte A b) Solo Aluvial c) Argissolo Bruno

Acinzentado d) Argissolo Vermelho-Amarelado.

Tabela 1: Matriz de Sobreposição de classes hipsométricas e de declividade para derivação do mapa de solos.

Classes Hipsométricas

43-112

112-160

160-295

295-385

Cla

sses d

e

decliv

idad

e

0-3,8 AL PVA PVA PVA

3,81-6,56 AL PVA PBA PBA

6,56-9,15 PBA PBA PBA RD/RL

9,16-11,7 PBA PBA RD/RL RD/RL

11,8-14,7 PBA PBA RD/RL RD/RL

14,8-18,1 PBA RD/RL RD/RL RD/RL

>18,2 RD/RL RD/RL RD/RL RD/RL

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Figura 9: Mapa pedológico das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

6. MAPA GEOTÉCNICO

O mapa geotécnico regionalizado para a área das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho também foi derivado pelo método da Matriz de Sobreposição. Nesse caso foram cruzadas as unidades pedológicas e geomorfológicas (Tabela 2). As unidades litológicas definidas não foram utilizadas porque, em nível local, identificou-se que as variações significativas de tipos de solos obedecem à variação das zonas geomorfológicas, e não litológicas.

Tabela 2: Matriz de Sobreposição de unidades pedológicas e geomorfológicas para derivação do mapa geotécnico.

Unidades Pedológicas

RD/RL PBA PVA AL

Un

ida

de

s

Ge

om

orf

oló

gi

cas

To RDte RDPBtes PVAtes SApi

Es RDte RDPBtes PVAtes SApi

MoM RDPBtes RDPBtes PVAtes SApi

SIS RDPBtes RDPBtes PVAtes SApi

PI SApi SApi SApi SApi

O mapa geotécnico é formado por 4 unidades (Figura 10). Resumidamente, as unidades podem ser descritas desta maneira: i) RDte, Neossolos desagregáveis que ocorrem em topo convexo de morro e apresentam alta capacidade de infiltração, ou nas escarpas com alto escoamento superficial; ii) RDPBtems, Neossolos e Argissolos PBA em várias condições geomorfológicas, com grande capacidade de infiltração e menos desagregáveis que a unidade

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RDte; iii) PVAtes, Argissolos PVA em baixas declividades, menos desagregáveis e com baixa capacidade de infiltração e susceptibilidade à erosão; e, iv) SApi, solos sobre sedimentos arenosos aluviais em baixas declividades nos coletores de água pluvial, solos desagregados e facilmente mobilizados pela água, são zonas sujeitas a inundações e a enxurradas.

Figura 10: Mapa geotécnico regionalizado das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho, RS.

7. DISCUSSÕES E RECOMENDAÇÕES DE USO DO MAPA GEOTÉCNICO

As escarpas da unidade geotécnica RDte constituem os locais mais susceptíveis à erosão, pois se comportam como meio coletor da água até os arroios, já que os RD/RL apresentam baixa infiltração e alto escoamento superficial. A RDPBtems é um pouco mais resistente do que RDte à erosão nas superfícies inclinadas superiores e nos topos convexos de morros; porém, nas unidades geomorfológicas de maior declividade, está associada a perfis menos espessos, onde o escoamento de água pode ser alto, dependendo dos índices pluviométricos. A PVAtems possui baixa capacidade de erosão, pois ocorre nas zonas geomorfológicas com declividades muito baixas com solo PVA. A unidade geotécnica SApi é a unidade mais susceptível a inundações e a enxurradas; apresenta transição para todos os tipos de solo da área de estudo, porém, predominam largamente solos aluviais de várzeas.

Outras importantes observações geotécnicas que se pode fazer estão relacionadas às pontes sobre os arroios. Todas as pontes vistas em campo seguem o mesmo padrão de construção: o aterro avança sobre as margens estrangulando a calha do arroio.

Nos períodos de altos índices pluviométricos e de enxurradas, o volume de água dos arroios aumenta drasticamente. Observou-se que os aterros e as pontes são responsáveis pelo estrangulamento da área de passagem do fluxo do arroio. A construção de pilares centrais nas pontes (Figura 11a), sob essas condições, acentua o problema de estrangulamento, pois há retenção de galhos e troncos de árvores. O aumento da vazão dos arroios nesses episódios também aumenta o poder de erosão dos arroios. O aumento adicional da velocidade de fluxo pelo estrangulamento do canal ao longo dos aterros e pontes acabam por erodir a base das suas

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estruturas (Figura 11b). Adicionalmente, verifica-se a retenção de sedimentos arenosos (aluvião) nas porções a montante das pontes e aterros e o consequente assoreamento dessas áreas. A retenção causa pelas pontes e aterros também pode ser percebida pelo desenvolvimento de feições tipo “leque aluvial” entrelaçado logo a jusante das pontes.

Figura 11: Aspectos geotécnicos das bacias dos Arroios Pimenta e Quilombinho a) Ponte sobre Arroio Pimenta com pilar central b) Erosão junto a fundação da ponte.

Este trabalho representa o passo inicial do conhecimento geotécnico da área. Em novas etapas, é adequado enriquecer a caracterização das unidades geotécnicas definidas com ensaios de infiltração, de resistência mecânica, dentre outros, além de simulações sobre o impacto de altas intensidades de precipitação nas drenagens da área.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à EMATER/RS (Escritório Arroio do Padre) pelas discussões e disponibilização de dados. Os autores também agradecem aos professores Cezar Bastos (FURG), Alexandre Bruch e Angélica Cirolini (UFPel) pelas críticas construtivas que permitiram a melhoria desse trabalho.

REFERÊNCIAS

EMATER/RS. “Laudo preliminar de Prejuízos Econômicos na atividade Agropecuária do Município em decorrência do Excesso de Chuvas e Granizo.” Arroio do Padre: EMATER, 2010.

LOLLO, J.A.; ZUQUETTE, L.V. “Avaliação dos Terrenos Aplicada ao Mapeamento Geotécnico”,45 p., São Carlos, SP, 1996.

TOBIN, G. A; MONTZ, B. E. Natural hazards: explanation and integration. New York: The Guilford Press. 1997. 388 p.

UNESCO. ZAEG. Engineering geological Maps. A guide to their preparation. Paris. The Unesco Press, 1974. 79p.