Riscos Naturais e Riscos Geológicos - geomuseu.ist.utl.ptgeomuseu.ist.utl.pt/Seminario%20em%20Ciencia%20da%20Engenhari… · Seminário em Ciências de Engenharia da Terra Riscos

Seminário em Ciências de Engenharia da Terra

Riscos Naturais e

Riscos Geológicos

Breve Introdução

Manuel Francisco Costa Pereira

A percepção Risco

O que é o risco para cada um de nós ?

O que é um risco para a Sociedade?

O Risco e a sua percepção

Cada pessoa (indivíduo), ou uma comunidade no seu conjunto, tem uma noção subjectiva de risco, que envolve as noções de receio e de perigo, o grau de possibilidade de ocorrência do evento desfavorável e a avaliação de perdas ou prejuízos.

Factores que condicionam a apreciação do risco, perante a segurança e a incerteza no futuro: Culturais, Psicológicos, Valores Sociais

O Risco e a sua percepção

A percepção do risco depende, a nível individual, da experiência vivida e da postura perante a vida e, ainda de factores tais como a idade, o sexo, a educação e a condição física e psicológica.

A possibilidade de opção voluntária relativamente àexposição do perigo em causa é um factor determinante na valorização subjectiva do risco.

Um risco voluntário é mais aceitável psicologicamente do que um risco imposto, como é o caso, na generalidade, dos habitantes das áreas sujeitas a processos geológicos activos.

Risco nas linguagens corrente e técnico-científica

A Sociedade de Risco (sentido actual) pretende indicar um tipo de sociedade com mais incertezas, alterações mais frequentes, menores garantias e maiores oportunidades, mais exigente e menos segura.

As palavras mais associadas ao risco, na terminologia técnico-científica:

Segurança Incerteza

O conceito de risco é aplicado às incertezas na segurança de sistemas ou produtos tecnológicos (riscos tecnológicos), a sistemas e catástrofes naturais (RISCOS NATURAIS), etc.


Definições básicas

SegurançaSegurança

A segurança pode ser definida, em sentido corrente, como uma predisposição para a continuidade da existência do que nos rodeia, ou da realidade tal como é considerada no presente ou é prevista no futuro, sem perturbações que provoquem prejuízos ou danos relativamente significativos, de ordem material ou imaterial, incluindo a perda de vidas



RiscoRisco

De uma forma integrada, o risco, em sentido corrente, pretende caracterizar a possibilidade /probabilidade de ocorrência de perturbações que alterem o estado de segurança existente ou previsto e que provoquem os correspondentes danos.



Risco Natural/GeológicoRisco Natural/Geológico

Probabilidade de ocorrer um processo natural/geológico com danos para o Homem

Risco = P x C

Pode ser expresso como o produto da probabilidade (P) de ocorrência de determinado acontecimento natural/geológico pelas Consequências/Custo (C) para o Homem se tal acontecimento se verificar

Catástrofes Naturais mais comuns e com mais prejuízos ambientais

Dinâmica da Terra + Acção do Homem

O desencadeamento de fenómenos catastróficos, conjugado com as modificações impostas pelo

Homem, põe em perigo populações e os seus bens

Riscos Naturais

Riscos Ambientais

Riscos Climáticos

Riscos Geomorfológicos

Riscos Geológicos

Vulnerabilidadedo território

Riscos Antrópicos

PopulaçãoEquipamentos

Organização Social e Económica

Recursos Naturais

Alguns Tipos de Riscos Geológicos

Tipo Exemplos

Riscos Naturais

•cheias• sismos• vulcões• deslizamentos• radioactividade natural• elementos dissolvidos na água• queda de meteoritos

Riscos Antropicamente

Amplificados

• sismicidade induzida• amplificação de cheias• contaminantes na cadeia alimentar

Riscos Tecnológicos • resíduos nucleares• produtos sintéticos

VEJAMOS ALGUNS FACTORES NATURAIS NA EUROPA

TORNADOS

EUROPA CENTRAL E LESTE

ACTIVIDADE SÍSMICA

COSTA SUL PORTUGUESA E BACIA MEDITERRÂNICA

TSUNAMIS

COSTA SUL PORTUGUESA E BACIA MEDITERRÂNICA

Intervenção da Engenharia Geológicano domínio dos riscos geológicos

Qual o papel desta área da engenharia?

Como avaliar os riscos geológicos?

O que determina os riscos geológicos?


Fenómenos naturais vs. Obras geotécnicas

ENGENHARIA GEOLÓGICA : UM A VISÃO DA ENGENH ARIA A PARTIR D A GEOLOGIA

GEOLOGIA

ENGENHARIA GEOLÓGICA

ENGENHARIA

Mat

eria

is e

Pro

cess

os

Proj

ecto

s e

Obr

as d

e En

genh

aria

Soluções geotécnicas

+Prevenção de

riscos e im pactos

am bientais

Túnel do Marquês de Pombal

Que materiais, que problemas?Praia Algarvia

Instabilidade das falésias

MEIO GEOLÓGICO

MEIO ANTRÓPICO

Quais são os factores distintivos?

• A escala geológica e a da engenharia

• O tempo geológico e o antrópico

• Grau de Incerteza dos processos geológicos

Factor tempo

Geologia Engenharia

• Escalas - cósmica até ao microscópica

• O tempo - centenas de milhões de anos

• Processos geológicos, como a orogénese, petrogénese, decorrem ao longo de milhões de anos

• Perigos naturais de grande magnitude têm, em geral, uma probabilidade muito baixa de ocorrência

• Processos geológicos quase instantâneos – ex. terramotos ou muito lentos – ex. dissolução e a erosão

Escalas espaciais e temporais à medida das actividades humanas

• A acção antrópica pode acelerar ou modificar dramaticamente os processos naturais

• Muitas propriedades geotécnicas dos materiais geológicos - permeabilidade, alterabilidade, resistência, deformabilidade, etc., ou processos como a dissolução, subsidência, expansividade, etc., podem ser substancialmente modificadas pela acção humana

Obras operacionais - 50 a 100 anosSegurança geológica/ambiental - 500 a 1 000

anosResíduos radioactivos >10 000 anos

Meios e Processos geológicos• Materiais anisotrópicos e heterogéneos, e apresentam propriedades muito variáveis e que sofrem alterações e modificações com o tempo.

• Quantificação numérica e a atribuição precisa das propriedades é difícil, ou às vezes impossível de modo a cumprir os requisitos de um projecto.

• Informação geológico-geotécnica - número limitado de reconhecimentos, ocasionando um factor de incerteza que afecta a maioria dos projectos.

A UTILIZAÇÃO DO CONCEITO DE UM COEFICIENTE DE SEGURANÇA

FAZ PARTE TAMBÉM DA PRÁTICA DA ENG. GEOLÓGICA

Factor escala

Geologia Engenharia

• Mapas (cartas) geológicos - escalas compreendidas entre 1/1 000 000 e 1/50 000

• As cartas geológicas regionais permitem identificar factores que, não estando representados na área específica do projecto, poderão ser importantes para observar aspectos geológicos regionais, ou a presença de perigos cujo alcance poderá afectar a zona em estudo.

• A Cartografia geotécnica, litológica ou temática, onde se representam descontinuidades, dados hidrogeológicos, materiais, etc., pode ter uma escala igual à do projecto.

• Escalas das obras varia geralmente entre 1/10 000 e 1/500 ou é superior.

FUNÇÕES PRINCIPAIS A DESEMPENHAR FUNÇÕES PRINCIPAIS A DESEMPENHAR NA ANÁLISE DO RISCONA ANÁLISE DO RISCO

AVALIAÇÃO

PREVENÇÃO

MITIGAÇÃO

Riscos geológicos condicionados essencialmente por processos

geodinâmicos

RESOLUÇÃO DOS PROBLEMAS DEVE BASEAR-SE EM:

•CONHECIMENTO DOS PROCESSOS GEODINÂMICOS

•COMPORTAMENTO GEOMECÂNICO DO TERRENO

Prevenção e Mitigação de Riscos Geológicos

ImportanteImportante

Informação e Consciencialização da população



PrevençãoPrevenção

Conhecer antecipadamente a ocorrência de fenómenos no tempo e no espaço a fim de :

•Evitar o processo•Controlar o processo•Avisar, preparar medidas ou proteger as populações



PrevisãoPrevisão

Antecipação do que vai acontecer

Em algumas situações é possível prever o lugar onde os processos decorrem. Noutros casos é praticamente impossível!



MitigaçãoMitigação

Consiste em minimizar ou eliminar as perdas e danos mediante o controlo do processo e/ou a protecção dos elementos expostos, reduzindo a sua vulnerabilidade

•Conhecer as características e as leis dos processos

•Analisar os dados históricos

•Observação detalhada dos processos

•Monitorização e detecção de anomalias e variação nos parâmetros físico e nos fenómenos precursores

Estrutura geral da gestão do risco (Barragens)A seguinte estrutura geral pode ser adoptada para o processo de gestão do risco em vales:

Avaliação do Risco• Determinação dos eventos perigosos (acções perigosas que podem ocorrer e colocar em perigo a segurança das barragens).

• Análise do Risco (determinação de cenários e avaliação de probabilidades de ruptura de barragens e dos danos nestas e nos vales).

Mitigação do Risco• Redução do Risco (selecção e implementação de medidas estruturais e não-estruturais de segurança por forma a reduzir a exposição ao perigo e os consequentes danos ao longo dos vales).

• Resposta ao Risco (preparação da assistência adequada em caso de um acidente).

Betâmio de Almeida in “RISCO ASSOCIADO À SEGURANÇA DE BARRAGENS” (IST)

Os danos associados a um determinado processo geológico dependem de:

• Velocidade, intensidade e extensão do processo

• Possibilidade de prevenção e previsão e do tempo de aviso

• Possibilidade de actuar sobre o processo e respectivo controlo

Risco Controlável ou não ?

Tempo (tipo de manifestação do processo)Escala (área de influência do processo)

Factores e Riscos geológicos em Engenharia

Não vale a pena arriscar !



Factor GeológicoFactor Geológico

Elemento de natureza geológica que concorre ou contribui para um resultado. O que determina ou executa o processo ou acontecimento

Em primeiro lugar, devido à sua maior importância, estão os riscos geológicos, cuja incidência pode afectar a segurança ou viabilidade do Projecto.

Em segundo lugar estão todos aqueles factores geológicos cuja presença condicione técnica ou economicamente a Obra.

Princípio geral

Devem existir soluções geotécnicas sempre que os factores geológicos condicionem o projecto de uma obra de engenharia.

Condições gerais que devem estar presentes num local de implantação de uma obra de modo a que possa ser considerado geológico e geotecnicamente favorável

• Ausência de processos geológicos activos que representem riscos inaceitáveis para o projecto.

• Adequada capacidade de suporte do terreno para a fundação das estruturas.

• Suficiente resistência dos materiais para manter a sua estabilidade em escavações superficiais ou subterrâneas.

• Disponibilidade de materiais para a construção de obras de terra.

• Estanquicidade das formações geológicas para armazenar água ou resíduos sólidos ou líquidos.

• Facilidade de extracção de materiais para a sua escavação.

Factores geológicos e Problemas geotécnicos

Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente

Quais os Processos

Geológicos ?

Quais os Efeitos sobre o meio

físico?

Quais os Problemas geoambientais e como actuar ?

Riscos Geológicos

http://nationalatlas.gov/articles/geology/a_geohazards.html

http://geology.bgsu.edu/Panter/hazards.htmSe quiseres saber mais...

Riscos Geológicos e Engenharia


Quais os Processos

Geológicos ?Quais os Efeitos

sobre o meio físico?


• Danos a populações e infra-estruturas

• Projecto anti-sísmico• Medidas de prevenção• Planos de emergência

• Terramotos• Tsunamis• Movimentos do solo• Roturas• Deslizamentos• Liquefacção

Sismicidade

O que é um sismo ? Onde ocorrem os sismos?



Quais os Processos





• Sistemas de vigilância• Medidas de prevenção• Planos de evacuação

• Erupções vulcânicas• Alterações do relevo• Tsunamis• Terramotos• Colapsos• Movimentos de

vertente

Vulcanismo

O que é um vulcão ? Que tipos existem? Onde ocorrem?



Quais os Processos

Geológicos ?Quais os Efeitos sobre

o meio físico?


• Medidas de controlo evigilância

• Alterações morfológicas(longo prazo)

• Alterações na dinâmica litoral e no nível do mar

(longo prazo)

Empolamentos

Subsidências

O que é o empolamento ? O que é a subsidência ?



Quais os Processos


o meio físico?


• Aumento do risco de inundações e deslizamentos

• Medidas de protecção em leitos e zonas costeiras

• Alterações geomorfológicas(médio prazo)

• Arrastamento e aumento da escorrência

• Colmatação

Erosão

Sedimentação

O que é a erosão ? O que é a sedimentação?



Quais os Processos


o meio físico?



• Obstrução de leitos de rio

• Medidas de estabilização,controlo e prevenção

• Deslizamentos• Desprendimentos• Colapsos• Mudanças morfológicas

(curto e médio prazo)• Desvio de leitos de rio

Movimentos de vertentes/

encostas

Porque se instabilizam as vertentes ? Quais os factores actuantes ?



Quais os Processos

Geológicos ?Quais os Efeitos sobre o

meio físico?


• Problemas em fundações

• Afectação de cultivos e regadios

• Medidas de drenagem

• Alterações nos aquíferos• Alteração das propriedades

do solo• Secagem e saturação em

água excessiva• Subsidência e instabilidade

de vertentes

Alterações do nível freático

O que é o nível freático ? O que é um aquífero ?



Quais os Processos


o meio físico?


• Explosões de rocha em minas e túneis profundos

• Deformações em obrassubterrâneas (longo prazo)

• Concepção do projecto emtúneis e minas

• Tensões naturais

• Sismicidade

• Instabilidades

Processos tectónicos

O que é a tectónica ? Como reagem as rochas às tensões aplicadas?



Quais os Processos




• Riscos de explosão

• Riscos de saúde

• Dificuldade de execução em obras subterrâneas

• Altas temperaturas

• Anomalias térmicas

• Presença de gases

• Emissão de radiações

Processos geoquímicos e geofísicos

O que é o gradiente geotérmico ? Que gases liberta a Terra ?

SERÁ QUE VALE A PENA ARRISCAR ?

QUANTO “CUSTA” PREVENIR ?

Factores Geológicos e Engenharia

LITOLOGIA – Tipos de rochas

Influência da litologia no comportamento geotécnico dos terrenosLitologia Propriedades típicas Problemas

geotécnicosRochas duras

Minerais duros e abrasivos

AbrasividadeDificuldade de escavação

Rochas brandas

Resistência média a baixaMinerais alteráveis

Roturas em taludesDeformabilidade em túneisAlteração das propriedades com o tempo

Solos duros Resistência média a alta Problemas nas fundações com argilas expansivas e com estruturas instáveis

Solos brandos

Resistência baixa a muito baixa

Assentamentos de fundações Roturas em taludes

Solos orgânicos/ biogénicos

Compressibilidade altaEstruturas meta-estáveis Subsidência e colapsos

Subsidência

Rotura de vertentes


ESTRUTURAS GEOLÓGICASEstruturas geológicas e problemas geotécnicos

Estruturas geológicas

Propriedades típicas Problemas geotécnicos

Falhas e fracturas

Superfícies muito contínuas; espessura variável

Roturas, instabilidades, acumulação de tensões, infiltrações e alterações

Planos de estratificação

Superfícies contínuas; pequena separação

Roturas, instabilidades e infiltrações

Diaclases Superfícies pouco contínuas, fechadas ou pouco separadas

Roturas, instabilidades, infiltrações e alterações

DobrasSuperfícies de grande continuidade

Instabilidade, infiltrações e tensões condicionadas pela orientação

Foliação, xistosidade

Superfícies pouco contínuas e fechadas

Anisotropia em função da orientação

O q

ue é

um

a es

trutu

ra ?

Falha Estratificação e diaclases

Dobra simples Dobra complexa


Efeitos dos processos geológicos relacionados com a água e sua incidência geotécnica

Processos geológicos

Efeitos sobre os materiais

Problemas geotécnicos

DissoluçãoPerda de material em rochas e solos solúveisCarsificação

CavidadesColapsos

Erosão-Transporte

Perda de material e lixiviaçãoErosão internaRavinamento

Quedas e colapsos AssentamentosEscavaçõesAterros

Reacções químicas

Modificação da composição química

Ataque a cimentos, inertes, metais e rochas

AlteraçõesModificação das propriedades físicas e químicas

Perda de resistênciaAumento da deformabilidade e da permeabilidade

PAPEL DA ÁGUA

Ain

da d

izem

que

a á

gua

é m

ole!

!!

Dissolução em calcários - carsificação

Ataque químico do

betão

Alterações

Erosão e escavação

RESUMO

Informação mais importante a reter dos quadros anteriores:

• Os factores geológicos são a causa da maioria dos problemas geotécnicos.

• A água é um dos factores de maior incidência no comportamento geotécnico dos materiais.

•Os processos geológicos podem modificar o comportamento dos materiais, incidindo sobre o meio físico, e ocasionar problemas geotécnicos.

A Geologia nas grandes obras de Engenharia

Constatações

• O estudo dos dados geológicos e os trabalhos de prospecção geológica, quando devidamente dimensionados são menos dispendiosos que os prejuízos causados nas obras em que os mesmos são ignorados;

• Três vezes em cada quatro, as condições geotécnicas existentes são influenciadas pela presença da água;

• É preciso ter sempre em consideração o tipo de argilas presentes e do seu comportamento em função do tempo;

• As possíveis perturbações causadas pelos fenómenos sísmicos podem arruinar as obras, se tal possibilidade não for tida em consideração.

Objectivo finalQualidade, segurança e economia da obra.

ExigeCustos adicionais no projecto e Tempo adicional para a execução da obra

A Geologia nas grandes obras de Engenharia

Obras que podem exigir estudos geotécnicos

► Vias de comunicação, aeródromos, pontes e viadutos

► Planeamento regional e urbano

► Aproveitamentos hidráulicos

► Captação de águas e condutas de líquidos e gases

► Trabalhos fluviais e marítimos

► Protecção do ambiente

Natureza da rochas. Estado de alteração. Estado de fracturação. Estado de tensão. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

Planeamento e Ordenamento do Território

Obras e actividades que podem exigir estudos geológicos

► Localização, exploração e aproveitamento de matérias primas – Polos de desenvolvimento regional

► Localização de aquíferos para abastecimento público

► Localização de empreendimentos e de estruturas sem pôr em causa a segurança e o aproveitamento dos restantes recursos

► Localização de aterros sanitários e de actividades “sensíveis”

Natureza da rochas. Recursos. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

PERIGOSIDADE E VULNERABILIDADEPERIGOSIDADE E VULNERABILIDADE

Pormenor de erosão litoral – Praia de Maceda - Esmoriz



PerigosidadePerigosidade

A perigosidade (hazard),P, está associada à frequência de ocorrência de um processo e ao local onde este ocorre.

Define-se como a probabilidade de ocorrência de um processo, com um nível de intensidade ou gravidade determinado, num dado intervalo de tempo e num localespecífico.

PERIGOSIDADE de um Processo

Como avaliar este parâmetro ?

• Quando ocorreu?

• Que intensidade ou magnitude teve?

• Qual a frequência de ocorrência?

• Quais as zonas onde poderá ocorrer?

PERIGOSIDADE de um Processo

PASSADO

FUTURO

Informações pertinentes



Período de retornoPeríodo de retorno

O período de retorno, T, corresponde ao intervalo temporal de repetição de 2 acontecimentos ou processos que se manifestam com as mesmas características

T = 1/P(anual)

em que P(anual) é a probabilidade anual de excedência de um determinado valor ou intensidade

P(anual) = 1 – (1-1/T)t

em que t é o tempo de vida ou tempo de exposição da estrutura ou elemento

Qual a probabilidade de um edifício sofrer um terramoto de magnitude 6 tendo em conta que a sua vida útil ou período de exposição é de 50 anos e que o período de retorno do terramoto é de 1000 anos? 5%



VulnerabilidadeVulnerabilidadeA vulnerabilidade, V, representa o grau de danos ou perdas potenciais num elemento ou conjunto de elementos como consequência da ocorrência de um fenómeno de determinada intensidade.

Depende das características do elemento considerado(não do seu valor económico) e da intensidade do fenómeno.

O seu valor varia entre 0 (sem danos) e 11 (perda ou destruição total do elemento) ou entre 0% e 100 % de danos.

0 → 1

Risco sísmicoRisco sísmico

VULNERABILIDADEVULNERABILIDADE

A vulnerabilidade de uma estrutura, grupo de estruturas ou de uma zona urbana, define-se como a sua predisposição intrínseca para sofrer danos perante a ocorrência de um abalo sísmico com uma determinada intensidade.

Depende :

• Características das estruturas• Intensidade do terramoto.

Risco sísmicoRisco sísmico

VULNERABILIDADE SOCIALVULNERABILIDADE SOCIAL

Depende:

Densidade populacionalCondições dos edifícios e estruturasSistema de aviso e alertaPlanos de emergência e evacuação

ELEMENTOS EXPOSTOSELEMENTOS EXPOSTOS

Pessoas, bens, propriedades, infra-estruturas, serviços, actividades económicas que directa ou indirectamente podem sofrer as consequências do sismo.

Funções de Vulnerabilidade

O elemento ou grupo de elementos apresentam maior vulnerabilidade face a fenómenos de maior intensidade.

Perante um acontecimento de determinada intensidade, a vulnerabilidade dos diversos elementos é distinta.

R = P . V. C

R – riscoP – Probabilidade

V – VulnerabilidadeC – Custo ou valor do elemento

Como minimizar ?

P V C R

0 0

0 0

0 0

Risco específico ou grau de perdas

● ● =

Unidade monetária ou outro valor

Probabilidade Adimensional

Mapas ° Topográfico ° Geológico ° Geotécnico

Campo ° Processos ° Indícios e sinais ° Danos

Fotos aéreas e imagens de satélite

Localização dos processos

Natureza,

características e tipologia

Magnitude ou

intensidade

Previsão espacial e temporal

Avaliação da

probabilidade de ocorrência dos

processos

Análise de factores desencadeantes

Avaliação da susceptibilidade

Análise de factores

condicionantes

Inventário de processos e/ou

zonas afectadas actuais e no

passado

MAPA INVENTÁRIO MAPA DE SUSCEPTIBILIDADE MAPA DE PERIGOSIDADE MAPA DE RISCO

Definição dos elementos expostos

Estimação do seu grau de vulnerabilidade

Estimação do grau de perdas potenciais

Avaliação do risco: Perdas expectáveis

Estimação dos custos ou valor dos elementos expostos

Avaliação da perigosidade

Esquema da Metodologia para Realização de Mapas de Susceptibilidade/Vulnerabilidade, Perigosidade e Risco

(Ferrer, 1991)

Tipos de Mapas e seu conteúdo

O que fazer em cada fase ?

Vamos lá a ver uma aplicação…

Abordagem probabilística

Ai (Acontecimentos)Pi (Probabilidade)Ci (Custos)

i = 1, nP1 + P2 + ….+ Pn = 1

C1 < C2 < …. < Cn

Pi (acumulada) = Pi + Pi+1 +… + Pn

Probabilidade de um acontecimento para o qual as perdas são maiores ou iguais a Ci

ExemploCustos

C (euros)Probabilidade

PProbabilidade

acumulada

0 0,950 1,000100 000 0,030 0,050500 000 0,015 0,020

1 000 000 0,005 0,005

95% de probabilidadede não haver perdas2% de probabilidadehaver perdas de 500 000euros ou mais

R = P1 C1 + P2 C2 +… + Pn Cn

R = 15 500 euros Abordagem probabilística

Em Resumo

Perigosidade → Processo geológico

Vulnerabilidade → Danos ou perdas potenciais do elemento

Risco → Perdas (socio-económicas)

Exemplos de Mapas de Inventário, de vulnerabilidade, de perigosidade e de risco

Movimentos de vertente em Córdova

Deslizamentos em Itália

Susceptibilidade climática em Espanha

Inventário dedeslizamentos

(Alicante)

Mapa de susceptibilidadeMapa geomorfológico einventário movimentos de

vertente Legenda a seguir

Subsidência por descida

do nível freático(Murcia)

Mapa de SusceptibilidadeSubsidência por descida do nível freático (Murcia)

Mapa de resposta sísmica da cidade de Cartagena

Mapa de perigosidade e vulnerabilidade sísmicas da cidade de Cartagena

Aplicação a barragens

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