Avaliação da suscetibilidade a movimentos de vertente por método matemático de base física e de base estatística: estudo comparativo no Vale do Douro Vinhateiro

FACULDADE DE LET R A S U NIVE RSIDADE DO PO RTO Ana Filipa Pedro Freitas de Faria 2º Ciclo de Estudos em Sistemas de Informação Geográfica e Ordenamento do Território Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e de Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro 2014 Orientador: Professor Doutor Carlos Valdir de Meneses Bateira Classificação: Ciclo de estudos: Dissertação: Versão definitiva Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | I AGRADECIMENTOS Não poderia deixar de agradecer às pessoas que de uma forma ou outra contribuíram para o sucesso e conclusão desta dissertação. Em primeiro lugar queria agradecer meu ao orientador, Professor Doutor Carlos Bateira, pela orientação, críticas, disponibilidade e palavras de incentivo ao longo deste ano letivo. Agradeço os conhecimentos e ensinamentos partilhados, o incentivo do trabalho em equipa e a dedicação no desenvolvimento do trabalho. Como não poderia deixar de ser, à Professora Doutora Laura Soares, pela ajuda, acompanhamento e principalmente pelo carinho e conversas de encorajamento sem dúvida necessárias para a conclusão do meu estudo. Obrigada aos meus orientadores que demonstraram um trabalho exemplar e em equipa. Agradeço ainda a possibilidade de integrar o projeto MODRIS, que sem dúvida proporcionou um enriquecimento profissional e pessoal. Agradeço ainda a possibilidade de realização de trabalho de campo com todas as condições que nos foram proporcionadas. Agradeço ainda ao Professor Doutor António Alberto Gomes pela preocupação e acompanhamento ao longo do ano, incentivo, fornecimento de bibliografia e críticas construtivas. Ao Professor António Costa pela ajuda em momentos críticos, nomeadamente com problemas de software e pela prontidão em ajudar sempre que necessário. Ao professor Doutor José Teixeira, pela disponibilidade prestada ao longo do ano letivo. Um agradecimento a todos os professores pela partilha de conhecimento ao longo do meu percurso académico. Às colegas e amigas de trabalho Ana Oliveira e Joana Fernandes, pelo trabalho em equipa extraordinário. Obrigada pela interajuda, partilha de conhecimentos e principalmente pela amizade que sem dúvida se mostrou essencial ao longo deste ano. À equipa de trabalho do laboratório de Geografia Física (Manuel Teixeira e Carlos Hermenegildo) pela ajuda no levantamento e tratamento dos dados de campo, disponibilidade de informação e conversas de incentivo. Ao Diogo Rodrigues e António Leitão pela ajuda sem dúvida essencial no trabalho de campo realizado. Ao Engenheiro Manso e Engenheiro Márcio Nóbrega pelo acolhimento e prontidão aquando do trabalho de campo realizado. Ao Engenheiro Álvaro pela disponibilidade e partilha de conhecimentos. Não menos importante, à minha família. Os meus pais e irmãos foram e são um pilar no sucesso da minha vida universitária e como investigadora. Agradeço e a eles dedico a minha Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | II dissertação. Agradeço de forma particular ao meu irmão, pela ajuda na fase final com a formatação e correção. Um agradecimento especial ao Sérgio Magalhães pela troca de conhecimentos, apoio incondicional, paciência, companheirismo e toda a ajuda. Agradeço a todos os meus amigos pela compreensão e apoio, amizade e paciência ao longo deste ano letivo. Um muito obrigado a todos! Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | III RESUMO À parte de toda a discussão científica relativamente ao conceito de risco, este estudo pretende aplicar diferentes modelos preditivos na avaliação da suscetibilidade à ocorrência de movimentos de vertente na Quinta das Carvalhas (concelho de são João da Pesqueira, Viseu). Com a finalidade de promover a sua comparação, aplicaram-se os modelos SHALSTAB - como método matemático de base física – e o Valor Informativo – como método estatístico -, tendo sido considerados vários cenários de suscetibilidade e a sua respetiva validação. A modelação foi executada tendo em conta dois MDE’s que se distinguem pela metodologia de desenvolvimento: o MDE (A) com resolução espacial de 5m, realizado a partir de fotografias aéreas com 50cm de resolução; e o MDE (B) com a mesma resolução espacial, mas elaborado a partir de curvas de nível de 10m de equidistância. Procedeu-se ainda à realização de um inventário dos movimentos que tiveram lugar na área em estudo, imprescindível à aplicação do Valor Informativo e à validação de ambos os modelos. Paralelamente foram levantados dados no terreno de condutividade hidráulica, capacidade de infiltração, resistividade elétrica e textura dos solos, que permitiram uma detalhada caracterização do meio físico. A modelação com diferentes MDE´s e métodos de análise (estatístico e matemático) permitiram uma análise individual tendo em conta os cenários desenvolvidos e uma avaliação conjunta na determinação da melhor metodologia de análise. Os resultados obtidos são satisfatórios, na medida em que os valores da validação, nomeadamente a razão entre a taxa de verdadeiros positivos e falsos positivos é superior a 1 (TPR/FPR >1). Ainda assim, comparando os resultados dos grupos de validação, o Valor Informativo classificado a partir das quebras da curva de sucesso apresentam melhores resultados. Para trabalho futuro, há necessidade de melhorar o MDE (A) e reforçar/atualizar o inventário de ocorrências. Palavras-chave: Movimentos de Vertente; Suscetibilidade; SHALSTAB; Valor Informativo; Alto Douro Vinhateiro. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | IV ABSTRACT Apart from all the scientific discussion regarding the concept of risk, this study intends to apply different models, in order to study the susceptibility of the occurrence of landslides in the Quinta das Carvalhas, city of São João da Pesqueira (Viseu). In order to promote the comparison of different models, SHALSTAB - was used as the mathematical physically-based method, - and the Information Value – was used as statistical method. Different susceptibility scenarios and their validation were considered to achieve this purpose. The modeling was performed taking into account two DEM that are distinguished by their development methodology. The DEM (A), with spatial resolution of 5m, obtained from air photographs with a resolution of 50 cm, and the DEM (B), with the same spatial resolution, conducted from contours of 10m. The elaboration of an inventory of the landslides occurred in the area facilitated the application of the Informational Value and the validation of both models. At the same time, field data of hydraulic conductivity, infiltration capacity, resistivity profiles and soil textures were obtained that allowed a detailed characterization of the physical environment. The modeling with different DEM’s and different methods of analysis (mathematical and statistical) allowed an individual analysis taking into account the developed scenarios and a combined evaluation to determine the best method of analysis. The results are satisfactory once the values obtained in the validation, specifically the ratio between the true positive rate and the false positive rate, is greater than 1 (TPR/FPR>1) . Nevertheless, when we evaluate the results of both validation groups, the Informational value classified from the breaks of the success curve show better results. For future work, we intend to improve the DEM (A) and the occurrence of landslides inventory. Keywords: Landslide; Susceptibility; SHALSTAB; Informational Value; Douro Valley. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | V SÍMBOLOS UILIZADOS αÁrea de contribuição a montante bLargura da unidade de terreno β/𝜃Declive c´- Coesão dwColuna de água acima do plano de rotura eEspessura do solo gForça da gravidade hAltura da coluna de água, acima do plano de rotura 𝑖Gradiente hidráulico KfsCondutividade hidráulica saturada de campo Kñsat-0Condutividade hidráulica não saturada KsatCondutividade hidráulica saturada Φ/φ’- Ângulo de atrito interno psPeso especifico do solo pwPeso específico da água Q/qprecipitação σTensão normal SResistência ao cisalhamento TTransmissividade TTensão cisalhante μPressão da água 𝛾Peso volumétrico natural do solo 𝛾𝑠𝑎𝑡Peso volumétrico do solo saturado 𝛾𝑠𝑢𝑏Peso volumétrico do solo submerso 𝛾𝑤Peso volumétrico da água WÍndice de humidade zEspessura do solo medida em campo Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | VI ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS .................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................... IV SÍMBOLOS UILIZADOS ............................................................................................... V ÍNDICE GERAL .......................................................................................................... VI ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................ VIII ÍNDICE DE TABELAS ................................................................................................. XII INTRODUÇÃO E OBJETIVOS ....................................................................................... 1 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO .................................................................................. 3 CAPÍTULO 1 – ENQUADRAMENTO DA ÁREA DE ESTUDO ............................................................ 4 1.1 Área de Estudo .................................................................................................................... 4 1.2 Relevo da Região ................................................................................................................. 6 1.3 Características das Formações Geológicas do Grupo do Douro ......................................... 7 1.4 Usos do Solo ........................................................................................................................ 9 CAPÍTULO 2ENQUADRAMENTO CONCEPTUAL .................................................................... 13 2.1 Em Torno do Conceito de Risco ........................................................................................ 13 2.1.1 A importância do conceito de risco em Portugal ....................................................... 13 2.1.2 O risco Geomorfológico ............................................................................................. 13 2.2 Movimentos de Vertente – Conceitos .............................................................................. 15 2.2.1 Tipologia dos movimentos de vertente ..................................................................... 18 2.3 Fatores Desencadeantes e Condicionantes dos Movimentos de Vertente ...................... 22 2.4 Hidrologia das Vertentes ................................................................................................... 25 2.4.1 Conceitos de escoamentoModelo de escoamento Hortoniano .............................. 25 2.4.2 Fluxo subsuperficial .................................................................................................... 26 2.4.3 Fluxo interno saturado ............................................................................................... 26 2.5 (Ins) estabilidade das Vertentes ........................................................................................ 27 2.5.1 Teoria do Talude Infinito ............................................................................................ 29 2.6 Suscetibilidade à Ocorrência de Movimentos de Vertente .............................................. 31 2.6.1 Métodos de análise .................................................................................................... 31 2.6.2 Cartografia direta, indireta, métodos qualitativos e quantitativos ........................... 31 2.7 Método EstatísticoValor Informativo .............................................................................. 34 2.7.1 Curva de sucesso e de predição ................................................................................. 36 2.7.2 Classificação dos mapas de suscetibilidade ............................................................... 36 2.7.3 Método de validação da suscetibilidade à ocorrência de movimentos de vertente . 37 Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | VII 2.8 Modelos Matemáticos de Base Física ............................................................................... 39 2.8.1 SHALSTAB ................................................................................................................... 39 2.8.2 Modelo de estabilidade .............................................................................................. 40 2.8.3 Modelo hidrológico .................................................................................................... 40 2.8.4 Combinação do modelo de estabilidade e hidrológico .............................................. 43 CAPITULO 3MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................ 46 3.1 Metodologia ...................................................................................................................... 46 3.1.1 Inventário das ocorrências ......................................................................................... 47 3.2 Cartografia dos fatores condicionantes ............................................................................ 52 3.2.1 Declives ...................................................................................................................... 53 3.2.2 Orientação das Vertentes........................................................................................... 55 3.2.3 Áreas contributivas .................................................................................................... 57 3.2.4 Índice topográfico de humidade (TWI) ...................................................................... 59 3.2.5 Uso do solo ................................................................................................................. 61 3.2.6 Curvatura das vertentes ............................................................................................. 62 3.3 Parâmetros físicos ............................................................................................................. 63 3.3.1 Coesão ........................................................................................................................ 63 3.3.3 Ângulo de atrito interno ............................................................................................. 64 3.3.4 Espessura do solo ....................................................................................................... 65 3.3.5 Textura do solo ........................................................................................................... 66 3.3.6 Resistividade elétrica.................................................................................................. 70 3.4 Parâmetros hidrológicos ................................................................................................... 78 3.4.1 Condutividade hidráulica ........................................................................................... 78 3.4.2 Capacidade de infiltração do solo .............................................................................. 86 3.4.3 Síntese dos parâmetros de campo levantados .......................................................... 94 CAPÍTULO 4MODELAÇÃO, ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ......................................... 96 4.1 Modelação DA Suscetibilidade Pelo Modelo SHALSTAB ................................................... 96 4.1.1 Validação dos cenários ............................................................................................. 109 4.2 Modelação da suscetibilidade pelo Valor Informativo ................................................... 111 4.2.1 Curva de sucesso ...................................................................................................... 120 4.2.2 Validação dos cenários ............................................................................................. 121 4.3 Comparação do Modelo Matemático de Base Física e do Modelo de Base Estatística.. 123 CONCLUSÃO ......................................................................................................... 125 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 127 Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | VIII ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1Enquadramento da área de estudo. .............................................................................. 5 Figura 2AMapa geológico de Portugal, escala de 1/500000Retirado do Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, I.P B-Zonas estruturais de Portugal Continental. Retirado de Araújo (s/d). .................................................................................................................................. 5 Figura 3Unidades Geomorfológicas do Norte de Portugal. ........................................................ 6 Figura 4Geologia da área de estudo. .......................................................................................... 8 Figura 5Mapa do uso do solo da Quinta das Carvalhas. ........................................................... 10 Figura 6Vinha ao alto. Retirado de SEIXAS [et al.] (2006). ........................................................ 10 Figura 7Vinha em patamares. Retirado de SEIXAS [et al.] (2006). ............................................ 10 Figura 8 - Vinha tradicional (pós-filoxera). Retirado de SEIXAS [et al.] (2006). .......................... 11 Figura 9Largura dos Patamares da Quinta das Carvalhas. ........................................................ 12 Figura 10Componentes do Risco. Adaptado de VERDE (2008). ................................................ 15 Figura 11Esquema representativo de desabamento, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). ......................................................................................................................................... 18 Figura 12 Esquema representativo de balançamento, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). ......................................................................................................................................... 18 Figura 13Esquema representativo de um deslizamento rotacional, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). ................................................................................................................... 19 Figura 14-Esquema representativo de um deslizamento translacional planar, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). .......................................................................................... 20 Figura 15Esquema representativo de expansão lateral, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). ................................................................................................................... 21 Figura 16-Esquema representativo de fluxos/escoadas, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). ......................................................................................................................................... 21 Figura 17-Fatores condicionantes e desencadeantes dos movimentos de vertentes. Adaptado de GARCIA (2012). ............................................................................................................................ 22 Figura 18Mecanismos de escoamento em tempestades. Adaptado de SELBY (1993a). .......... 25 Figura 19Os vários tipos de escoamento em vertentes com os caminhos de escoamento. A – fluxo superficial de horton ; Bfluxo subsuperficial; Cfluxo interno saturado. Adaptado de SELBY (1993a). ....................................................................................................................................... 26 Figura 20Área de origem e de expansão para canais de escoamento durante uma tempestade. Extraído de SELBY (1993a)........................................................................................................... 27 Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO A dissertação é constituída por quatro capítulos. O primeiro remete para o enquadramento da área de estudo, nomeadamente a caracterização geológica e geomorfológica da Quinta das Carvalhas e o seu enquadramento regional, de modo a compreendermos os aspetos morfoestruturais no seu conjunto. O segundo capítulo tem por objetivo a compreensão dos conceitos inerentes ao objetivo desta dissertação. Numa primeira fase, será efetuada uma abordagem ao conceito de risco geomorfológico e como é analisado em Portugal. Seguidamente será abordado o risco natural inserido no contexto do trabalho, nomeadamente os movimentos de vertente. Será feita uma análise da evolução dos conceitos e das várias tipologias dos movimentos de vertente, assim como dos seus fatores desencadeantes. Acresce ainda uma análise do funcionamento hidrológico de vertentes e a teoria do talude infinito. Este capítulo integra igualmente um breve enquadramento dos vários métodos de análise que podem ser utilizados para avaliar a suscetibilidade à ocorrência de movimentos de vertente, assim como dos métodos de validação. O capítulo 3 remete para os materiais e métodos utilizados no desenvolvimento do trabalho. Envolve uma descrição do inventário de ocorrências, da elaboração da cartografia dos fatores condicionantes a partir dos MDE’s (A) e (B) e dos ensaios sobre o terreno efetuados. Por fim, o quarto capítulo faz referência à modelação, análise e discussão dos resultados. Na modelação matemática, serão aplicados vários cenários tendo em conta os parâmetros mecânicos/físicos de campo, procedendo-se à sua validação a fim de determinar o que apresenta uma melhor capacidade preditiva. O mesmo procedimento será feito para a modelação estatística, aplicando vários cenários tendo em conta o método de classificação da suscetibilidade final e recorrendo à sua validação. Por fim serão analisados e comparados os resultados da modelação matemática e estatística. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 4 CAPÍTULO 1 – ENQUADRAMENTO DA ÁREA DE ESTUDO 1.1 ÁREA DE ESTUDO A Quinta das Carvalhas (figura 1), com 3km2 de área, localiza-se na margem sul do Rio Douro, na freguesia de Ervedosa do Douro (concelho de São João da Pesqueira, Viseu), integrando, juntamente com outros 20 concelhos a Região Demarcada do Douro (RDD). Do ponto de vista morfoestrutural enquadra-se no Maciço Antigo (figura 2A), na Zona Centro Ibérica, que é constituída por um ‘complexo de xistos e grauvaques’ (tipo flysh), com a presença de alinhamentos quartzíticos associados a dobras de direção NW-SE a W-E. Este complexo, atualmente designado por Super-Grupo Dúrico-Beirão, é recortado por rochas graníticas cuja instalação foi condicionada por diferentes fases da tectogénese hercínica (FERREIRA [et al.], 1987). Os granitóides variam entre granitos de duas micas, granitos monzoníticos e granodioritos biotíticos, evidenciando um comportamento distinto face à alteração, não só pela sua petrografia mas também pela textura e densidade de fracturação (FERREIRA [et al.], 2004). Os materiais metassedimentares, designadamente os xistos, apresentam-se como rochas impermeáveis que permitem o desenvolvimento de uma rede de drenagem densa e hierarquizada. Assim, na RDD são raras as superfícies de aplanamento bem conservadas, assim como as escarpas de falha tendem a degradar-se (Ribeiro, 1940, 1955, in FERREIRA, [et al.], 2004). Os entalhes fluviais ilustram a influência da tectónica, assumindo um carácter retilíneo particularmente notório em áreas de substrato granítico, evidenciando geralmente maior sinuosidade e ramificação nas áreas de xisto. Devido à sua posição a oriente do alinhamento montanhoso Alvão-Marão e Montemuro, a RDD insere-se já no contexto dos climas mediterrâneos de influência continental, no subtipo climático ‘acentuado pela posição topográfica' (DAVEAU, 1988). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 5 Figura 1Enquadramento da área de estudo. Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 2AMapa geológico de Portugal, escala de 1/500000Retirado do Instituto Nacional de Engenharia, Tecnologia e Inovação, I.P B-Zonas estruturais de Portugal Continental. Retirado de Araújo (s/d). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 6 1.2 RELEVO DA REGIÃO As principais unidades de relevo a salientar para o conhecimento da área de estudo (figura 3), são a superfície da Meseta, os Planaltos Centrais e as Montanhas Ocidentais (FERREIRA, 1991) A superfície da Meseta é uma superfície de aplanamento bem conservada, de onde por vezes despontam relevos residuais de dureza. De acordo com FERREIRA [et al.] (2004) integra a designada superfície culminante (Cretácico Superior ao Miocénico Superior), uma superfície poligénica desenvolvida em concordância com a Bacia do Douro, gerada em regime ainda endorreico. Apresenta-se deformada no bordo Norte Cantábrico e no bordo Oeste Atlântico, elevando-se e dessa forma fossilizando os depósitos interiores da Bacia do Douro. No Plio-Quaternário, aquando do levantamento da Meseta Norte, dá-se a captura pelo Douro inferior da rede endorreica da Bacia do Douro Superior (Birot, 1949, in FERREIRA [et al.], 2004), permitindo o forte encaixe da rede hidrográfica no setor ocidental da referida meseta. Os Planaltos Centrais, separados da Meseta por um rebordo abrupto definido pelo desligamento tardi-hercínico Bragança-Vilariça-Manteigas, traduzem-se por superfícies onduladas degradadas pelo encaixe da rede hidrográfica, apresentando diversas altitudes. Prolongam-se até às Montanhas Ocidentais, sendo o seu limite definido pelo desligamento Verín-Régua-Penacova. Estas montanhas, evidenciando vertentes extensas e abruptas que indiciam forte condicionamento tectónico, são um importante fator de diferenciação climática entre as regiões do Minho e Trás-os-Montes. Efetivamente, constituem uma barreira orográfica à circulação para o interior das massas de ar atlânticas, pelo que o clima da área situada a oriente dos maciços do Alvão-Marão e Montemuro apresenta valores de precipitação e temperatura mais baixos e elevados, respetivamente (PEDROSA [et al.], 2004). A estas unidades poderíamos acrescentar o Vale do Douro, que atravessa todas as anteriores, assim como a Plataforma Litoral, uma (…) faixa aplanada que se situa próximo da linha de costa, a altitudes variadas, e sobre a qual assentam um conjunto de depósitos com características diversas, geralmente considerados plio-plistocénicos (SOARES, 2008, p. 39). Figura 3Unidades Geomorfológicas do Norte de Portugal. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 7 Em Portugal, o encaixe do Rio Douro deve-se em grande medida à erosão regressiva que se processa a partir do Atlântico, responsável pela captura da drenagem endorreica que se dirigia para o interior de Castela-a-Velha. O encaixe no Norte da Beira faz-se através dos níveis inferiores dos Planaltos Centrais (principalmente em materiais do ‘complexo xistograuváquico’), permitindo individualizar uma drenagem pré-Douro. O vale do Douro apresenta-se profundo e contínuo, ao longo de 210 km, desde a garganta estreita do Douro Internacional até à Foz. O rio apresenta sinuosidades acentuadas ao ‘atingir’ o graben da Vilariça, fruto do já referido desligamento Bragança-Vilariça-Manteigas, mas acaba por recuperar a jusante um traçado mais suave, se bem que meandrizante, entre vertentes ingremes, retilíneas e xistosas características da RDD. Após a passagem pelo desligamento VerinRégua -Penacova, o Douro encaixa-se nas Serras do Marão e Montemuro. A diminuição drástica do seu encaixe é visível a jusante das cristas quartzíticas de Valongo, ao entrar na plataforma litoral. O estuário é encerrado por uma garganta granítica, com vertentes escarpadas praticamente até ao mar, onde é possível identificar terraços de origem fluvial e marinha (FERREIRA [et al.], 2004). Em suma, o vale do Douro é caracterizado por um forte encaixe da rede hidrográfica e por vertentes escalonadas em vários patamares com diferentes altitudes. A parte superior dos vales dos seus afluentes possui formas suaves e os topos das vertentes apresentam-se aplanados (PEREIRA, 2009). 1.3 CARACTERÍSTICAS DAS FORMAÇÕES GEOLÓGICAS DO GRUPO DO DOURO O grupo do Douro do Super Grupo Dúrico-Beirão (Câmbrico) é constituído pelas seguintes Formações, das mais antigas para as mais recentes: Bateiras, Ervedosa do Douro, Rio Pinhão, Pinhão, Desejosa e, por fim, a formação de São Domingos. No entanto, como referem MOREIRA [et al.] (2010, p. 151) (…) algumas destas formações estariam duplicadas tectonicamente, face à existência de carreamentos sin-sedimentares, de idade Sarda, [o que] permitiu explicar a semelhança de fácies entre a Formação da Ervedosa e a Formação do Pinhão e entre a Formação Bateiras e a Formação de Rio Pinhão, pelo que atualmente se considera a existência de apenas quatro formações (…). Assim, salientam-se as formações de Bateiras e Ervedosa do Douro, de caracter autóctone, e a de Desejosa e S. Domingos, alóctones (Silva e Ribeiro, 1985; Sequeira & Pereira, 2000). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 8 Segundo RIBEIRO [et al.](1991), os materiais de que derivam foram-se depositando no Proterozóico superior-Câmbrico num fosso marinho intracontinental (Zona Centro Ibérica), que admite no entanto subdivisões, situando-se a estrutura (sub-fosso) que os ‘acolheu’ a norte do Sulco Carbonífero do Douro (PEREIRA). Da atividade tectónica que os afetou destacam-se as fases D1 e D3 variscas, de que resultam sistemas de fracturação de direção NW-SE, ENE-WSW, NE-SW, NNE-SSW (SEQUEIRA and PEREIRA, 2000). Estes sistemas vão condicionar de forma notória a rede de drenagem, que se encaixa ao longo destas áreas de fragilidade estrutural (SOUSA, 1989). Numa leitura mais aprofundada da área de estudo, a Quinta das Carvalhas está localizada numa área onde afloram as formações de Bateiras e de Ervedosa do Douro (figura 4). Figura 4Geologia da área de estudo. Fonte: Folha 10D(Alijó)- Carta Geológica de Portugal A formação de Bateiras apresenta-se como a unidade estratigráfica mais antiga do grupo do Douro, manifestando-se no núcleo de três estruturas anticlinais da primeira fase hercínica, nomeadamente no anticlinal de Abaças-Bateiras, anticlinal de Adorigo e anticlinal de Santo Adrião-Santa Leocádia. A formação de Bateiras pode ser dividida em dois membros, sendo o inferior caracterizado pela presença de xistos negros intercalados com metagrauvaques e filitos, Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 9 enquanto o superior conta com a presença de níveis de calcários a que se sobrepõem espessos metagrauvaques com intercalações de filitos (SOUSA, 1989). A tectónica ‘presente’ na Quinta das Carvalhas, remete para a fracturação varisca de orientação essencialmente WNW-ESE. Esta fracturação apresenta-se importante na área da quinta, pois marca a transição da Formação de Bateiras para a Formação de Ervedosa do Douro. A transição é feita de forma gradual através da passagem de xistos escuros laminados do topo da Formação de Bateiras para uma sucessão finamente estratificada de cor verde (SEQUEIRA and PEREIRA, 2000). A formação de Ervedosa do Douro é assim constituída essencialmente por filitos cloríticos e quartzo-filitos verdes, cloríticos duros, correspondendo, os termos psamíticos, a metagrauvaques, metaquartzovaques e quartzitos impuros (SOUSA, 1989). Estas formações vão-se refletir sobre as características dos solos presentes na Quinta das Carvalhas, principalmente ao nível textural, uma vez que, de acordo com MOREIRA [et al.] (2010, p. 151) a diferenciação entre as formações do grupo do Douro assenta sobretudo na (…) variação das percentagens relativas de areias e argilas. 1.4 USOS DO SOLO Na Quinta das Carvalhas, é possível evidenciar vários tipos de uso do solo (figura 5). Do total da área da quinta, a vinha apresenta uma maior área, nomeadamente 116ha. São utilizadas várias técnicas de armação do terreno, essencialmente a vinha ao alto e a vinha em patamares com muros de pedra em seco (pós-filoxera) ou com taludes de terra. O manual de boas práticas vitícolas apresenta metodologias de implantação da vinha de acordo com a legislação em vigor (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012a). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 10 Figura 5Mapa do uso do solo da Quinta das Carvalhas. Fonte: IGEOE, CAOP 2013. A vinha ao alto (figura 6) representa a menor expressão do total da área plantada. Este tipo de armação caracteriza-se pela disposição dos bardos de acordo com o maior declive da vertente. A sua implantação só deve ocorrer em vertentes em que o declive não exceda os 40% (ou até mesmo os 30% em determinadas regiões). Os 40% de declive são o limite em que deixa de ser possível o uso de mecanização por tração direta (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012a). A vinha em patamares (figura 7) ocupa uma área considerável da quinta, e caracteriza-se por patamares largos (superior a 2,5m) e horizontais com taludes em terra, comportando duas ou mais fiadas de vinha (figura 9). Em patamares mais estreitos, com largura inferior a 2.5m, é Figura 6Vinha ao alto. Retirado de SEIXAS [et al.] (2006). Figura 7Vinha em patamares. Retirado de SEIXAS [et al.] (2006). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 11 plantada apenas uma fiada de vinha na zona externa da plataforma. Em micropatamares com larguras até 1m, as videiras são plantadas no topo do talude à cota original do terreno. De uma forma geral, este tipo de armação de terreno normalmente possui 2 ou 3 fiadas de vinha. No entanto, com declives superiores a 20%, não deve exceder as 2 fiadas de vinha (e os terraços não devem exceder os 3.8 a 4m de largura). A distância entre cada fiada de vinha 1 no patamar é de 2.2 a 2.3 m. Há que ter também atenção a distância entre a fiada exterior e o bordo do talude. Deverá permitir a circulação de pessoas e máquinas mas também tem como objetivo a diminuição do risco de exposição do sistema radicular da vinha (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012a).Procede-se à criação de uma rede de estradas de traçado oblíquo à estrutura dos patamares. A largura das estradas deve cumprir uma largura de 3 a 3.50m e declives não superiores a 10/15% (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012a). A armação designada de pós-filoxera (figura 8) distingue-se da vinha tradicional préfiloxera pela largura dos socalcos, tendo na mesma em comum os muros em pedra. São terraços largos com alguma inclinação relativamente ao declive da encosta separada por muros. As videiras estão dispostas segundo bardas armadas horizontalmente suportadas por pedra de xisto segundo compassos estreitos de 0.88m por 1.32m (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012b). Outra opção de armação passa pela construção de parcelas com declive próximo do natural da vertente, de igual modo separados por muros de suporte, mas de dimensão mais reduzida. As fiadas organizam-se segundo as curvas de nível, tendo cada parcela entre 10 a 13 fiadas de vinha (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012b). É recomendável a criação de um espaçamento de 1.50m entre o bardo inferior de cada terraço e o muro de suporte (INSTITUTO DOS VINHOS DO DOURO E DO PORTO, 2012a). 1 No Manual de Boas práticas, utilizam o termos “bardos” sinónimo de fiadas de vinha. Figura 8 - Vinha tradicional (pós-filoxera). Retirado de SEIXAS [et al.] (2006). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 12 Figura 9Largura dos Patamares da Quinta das Carvalhas. Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 19 movimento inicialmente não ocorre de forma simultânea por toda a área. O material deslocado aumenta a partir de uma determinada área no local da rutura. Este tipo de processo inicia-se quando a resistência ao corte dos terrenos é ultrapassada pela tensão tangencial dos materiais na vertente (Ayala, 1991, in ZÊZERE, 1997b). Aquando da iniciação do movimento, determinados sinais são visíveis na superfície de rutura, nomeadamente fissuras/fendas, indicadoras da direção de deslocação (CRUDEN and VARNES, 1996b). Uma vez que existe distinção quanto ao tipo de rutura tangencial, este tipo de processo subdivide-se em dois grupos: translacionais e rotacionais (tabela 3). Tabela 3Classificação dos tipos de deslizamentos proposta por DIKAU (1996) adaptada de ZÊZERE (1997b). O deslizamento rotacional ocorre ao longo de uma superfície curva e côncava (em forma de colher)( figura 13). Se a superfície de rutura for circular ou até mesmo cicloidal, no perfil do movimento impõe-se que a massa deslocada se pode mover ao longo da superfície interna, sofrendo pouca deformação (CRUDEN and VARNES, 1996b, p. 56). A cabeça (head) do material deslocado (faixa de contato entre o material deslocado e a cicatriz principal) pode mover-se quase verticalmente em sentido descendente, enquanto a superfície superior do material deslocado inclina em direção à escarpa (CRUDEN and VARNES, 1996b). Ou seja, o movimento evolui por rotação, que se reflete num abatimento na parte montante do deslizamento e consequentemente um levantamento no setor frontal, formando aclives que potenciam a instabilidade devido à acumulação e infiltração de água (Záruba e Figura 13Esquema representativo de um deslizamento rotacional, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 20 Mencl, 1982, Hutchinson, 1988, in ZÊZERE, 1997b). Os deslizamentos rotacionais ocorrem frequentemente em materiais homogêneos (CRUDEN and VARNES, 1996b). Em deslizamentos translacionais a massa desloca-se ao longo de uma superfície de rutura plana ou ondulada. Os deslizamentos translacionais são relativamente rasos se comparados com os rotacionais (CRUDEN and VARNES, 1996b). A superfície de rutura é frequentemente em forma de canal na secção transversal (Hutchinson, 1988, in CRUDEN and VARNES, 1996b). Este processo pode subdividir-se em deslizamentos translacionais planares e não rotacionais. Os deslizamentos translacionais planares (figura 14) desenvolvem-se ao longo de uma superfície planar ou pouco ondulada, onde a massa é frequentemente deslocada para além da superfície de deslizamento (Varnes, 1978, in ZÊZERE, 1997b, p. 53) . Este processo, segundo NEMCOK (1977), VARNES, (1978), BELL e PETTINGA (1988), ocorre normalmente em materiais homogêneos e característicos de meios anisotrópicos. O processo pode ocorrer ao longo de superfícies marcadas por uma fraca resistência ao corte, nomeadamente falhas, estratificação, diáclases ou mesmo o contacto entre uma cobertura de detritos e o substrato de rocha (in ZÊZERE, 1997b). Quanto aos deslizamentos translacionais não rotacionais, estes encontram-se na transição entre os deslizamentos rotacionais e os translacionais planares (ZÊZERE, 1997b). O plano de rutura apresenta duas secções: a montante com forma circular ou planar com elevada inclinação, a jusante apresenta-se em forma translacional com menor inclinação. Segundo HUTCHINSON (1988), a geometria dos planos de rutura deste tipo de movimento vai condicionar o desenvolvimento de tensões internas na massa deslocada, acompanhada por diferentes movimentações (in ZÊZERE, 1997b). A expansão lateral (lateral spreads) (figura 15) define-se pela extensão de massas coesivas de solo ou rocha, combinada com uma subsidência geral (…) no material subjacente mais brando. A superfície de rutura não é uma superfície de cisalhamento intenso. Pode resultar da liquefação ou escoada do material brando subjacente (WP/WLI, 1993b, pp. 6-2). Figura 14-Esquema representativo de um deslizamento translacional planar, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 21 A expansão lateral pode ocorrer em rochas e em solos. A expansão lateral em rocha pode ser distinguida em dois tipos, tendo em conta a presença/ausência de liquefação ou escoamento plástico no material subjacente (Varnes, 1978, in CRUDEN and VARNES, 1996b). As expansões laterais típicas de rocha estendemse sem formar uma superfície de rotura identificável, sobrepondo-se a materiais liquefeitos ou materiais que fluem plasticamente (CRUDEN and VARNES, 1996b). Quando ocorre em rocha consistente caracteriza-se por ser bastante lento (Pasuto e Soldati, 1996, in ZÊZERE, 1997b). A expansão lateral em solos apresenta-se como um processo bastante rápido e caracteriza-se pelo colapso de uma camada de solo a uma certa profundidade, seguido do assentamento das camadas sobrejacentes mais resistentes ou da rutura progressiva de toda a massa afetada (Buma e Van Asch, 1996, in ZÊZERE, 1997b, p. 55). Os fluxos caracterizam-se (figura 16) por ser um movimento espacialmente contínuo onde as superfícies de tensão tangencial são efémeras e frequentemente não preservadas. A distribuição das velocidades na massa deslocada assemelha-se à de um fluido viscoso (WP/WLI, 1993b, pp. 6-2). Considera-se que o limite inferior da massa deslocada pode ser uma superfície ao longo da qual o movimento diferencial apreciável tenha ocorrido ou de uma zona de cisalhamento de espessura distribuída (CRUDEN and VARNES, 1996b, p. 64). É feita uma distinção entre fluxo de rocha, de detritos e de lama/terra, sendo que os fluxos de rocha se caraterizam por deformações gravíticas profundas (creep), afetando massas de rochas estratificadas ou com a presença de muitas diáclases, visíveis em vertentes montanhosas (Bisci et al., 1996, in ZÊZERE, 1997b). São, segundo VARNES (1978), movimentos bastante lentos e mais ou menos permanentes no tempo (in ZÊZERE, 1997b). Quanto aos fluxos de detritos, são compostos por uma mistura de material fino nomeadamente areia, silte e argila e material mais grosseiro como calhaus e blocos, possuindo uma quantidade de água diversificada, formando uma massa que se desloca em direção à base Figura 16-Esquema representativo de fluxos/escoadas, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). Figura 15Esquema representativo de expansão lateral, extraído de HIGHLAND and BOBROWSKY (2008). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 22 da vertente devido a impulsos contínuos incitados pela gravidade e pelo colapsar dos materiais de suporte (Corominas et al, 1996, in ZÊZERE, 1997b, p. 56). As subdivisões face a este tipo de classificação baseia-se em critérios geomorfológicos, localização geográfica, mecanismos de iniciação do movimento, velocidade do processo, dimensão dos materiais e origem e forma dos depósitos (ZÊZERE, 1997b). De acordo com VARNES (1978), os movimentos complexos combinam um ou mais dos principais tipos de movimentos de vertente em diferentes sectores do material afetado, ou em diferentes estádios do desenvolvimento de um processo (in TEIXEIRA, 2012, p. 22). 2.3 FATORES DESENCADEANTES E CONDICIONANTES DOS MOVIMENTOS DE VERTENTE A instabilidade de vertentes pode ser causada por fatores condicionantes e desencadeantes (figura 17). As causas podem ser geológicas, morfológicas, físicas e humanas (CRUDEN and VARNES, 1996b), pelo que normalmente se subdividem em dois grandes grupos: as naturais e as antrópicas. Figura 17-Fatores condicionantes e desencadeantes dos movimentos de vertentes. Adaptado de GARCIA (2012). Os fatores desencadeantes são considerados fatores dinâmicos na medida em que variam no tempo e no espaço. São fatores responsáveis pela causa imediata da instabilidade. Enquadrado no grupo dos fatores preparatórios, são distinguidos dos fatores preparatórios condicionantes não pelo processo em si, mas pelo efeito que provocam na estabilidade das Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 23 vertentes 3 (GARCIA, 2012). Existem alguns fatores desencadeantes responsáveis pelos movimentos de vertentes, nomeadamente a precipitação, os terramotos, as tempestades e as erupções vulcânicas (WIECZOREK, 1996). A precipitação é entendida como o principal fator desencadeante em Portugal continental, distinguindo-se entre chuvas intensas e concentradas, ou abundantes e prolongadas (Zêzere, 1997a; Pereira, 2009). Mas os limiares de precipitação, ou seja, os valores a partir dos quais estão reunidas as condições para a ocorrência de movimentos, vão depender das características geológicas, geomorfológicas e climáticas (WIECZOREK, 1996). O efeito da precipitação nas vertentes remete para a perda de coesão dos materiais do solo, pelo que a tensão normal e a resistência do solo ao cisalhamento é diminuída (SELBY, 1993a). A precipitação pode levar à diminuição da resistência ao corte pela redução da coesão aparente, ou ainda devido ao aumento das pressões intersticiais nos planos de rotura potenciais (ZÊZERE, 1997b, p. 101). WIECZOREK (1996) faz referência à relação existente entre a intensidade pluviométrica e a ativação das ruturas nas vertentes 4 . Outros fatores como criação de taludes e a alteração do uso do solo são também considerados fatores desencadeantes, mas de cariz antrópico (WIECZOREK, 1996). Relativamente aos fatores condicionantes, estes podem ser distinguidos em fatores preparatórios e de predisposição. Os fatores condicionantes preparatórios são dinâmicos e caracterizam-se por reduzirem a estabilidade das vertentes, no entanto não são responsáveis pelo desencadear do processo. São incluídos neste grupo os fatores geomorfológicos (a tectónica), processos físicos (os sismos, o degelo) e antrópicos (a desflorestação e a criação de taludes) (GARCIA, 2012). Os fatores condicionantes de predisposição são estáticos e refletem as características do terreno (i.e. litologia, declives). Individualmente, estes fatores não dão origem ao desenvolvimento dos processos. Funcionam como incentivos à ocorrência, em conjunto com os fatores dinâmicos (GLADE [et al.], 2005). Mas apesar de serem estáticos, não significa a ausência de alterações a médio e longo prazo. A litologia irá influenciar a maior ou menor permeabilidade do solo, potenciando a infiltração (TEIXEIRA, 2012). Os planos de xistosidade, rede de fracturação são favoráveis à ocorrência de instabilidade em vertentes (BATEIRA, 2001). Neste seguimento, a condutividade 3 Estabilidade marginal nos fatores preparatórios condicionantes e instabilidade ativa nos fatores desencadeantes. Garcia, R. A. C. - Metodologias de Avaliação da Perigosidade e Risco associado a Movimentos de Vertente. Aplicação na bacia do rio Alenquer Lisboa: Universidade de Lisboa, Instituto de Geografia e Ordenamento do Território 2012. Doutor . 4 A importância da precipitação na área de estudo pode ser analisada em Fernandes, J.; Soares, L.; Bateira, C.; Faria, A.; Oliveira, A. S.; Teixeira, M.; Hermenegildo, C. - MODRIS: Suscetibilidade a processos hidrogeomorfológicos no Norte de Portugal: modelação matemática de base física e de base estatística. Porto: Letras Departamento de Geografia Fìisica 2014. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 24 hidráulica possui implicações nos mecanismos de rutura, associados à saturação e a descontinuidades no interior do solo. A alteração deste parâmetro conforme a profundidade gera instabilidade em vertentes, porque define o fluxo paralelo e o fluxo descendente vertical (FERNANDES [et al.], 2004, p. 171). As características do terreno são considerados fatores condicionantes que exercem forte influência à ocorrência de movimentos de vertente (MONTGOMERY and DIETRICH, 1994). Aqui destaca-se o declive, a curvatura, a área de contribuição e a orientação das vertentes. O declive da vertente assume importância na medida em que são desenvolvidos movimentos por ação da gravidade, (TEIXEIRA, 2012) afetando as condições hidrológicas e a análise de estabilidade (FERNANDES [et al.], 2004). A exposição das vertentes, relaciona-se com o ciclo de humidade. Uma maior capacidade de infiltração é responsável pelo aumento de humidade no interior do solo e direta ou indiretamente na instabilidade das vertentes (TEIXEIRA, 2012). Este parâmetro exerce também influência na vegetação e estrutura das rochas (FERNANDES [et al.], 2004). Outro fator a considerar é a forma das vertentes, que podem apresentar um traçado retilíneo, côncavo e convexo. O fluxo superficial e subsuperficial apresenta comportamentos diferentes face à forma da vertente (FERNANDES [et al.], 2004). Na concavidade promove a concentração do fluxo e dispersão nas vertentes convexas. Os setores côncavos controlam a distribuição espacial das zonas saturadas e o desenvolvimento de pressões críticas nos poros (FERNANDES [et al.], 2004). Nos setores côncavos da vertente, há uma maior concentração de água e sedimentos, levando a um aumento da humidade, o que potencia uma maior perda de estabilidade da vertente em situações intensas de precipitação (Montgomery et al, 1991, in TEIXEIRA, 2012). A área contributiva da bacia hidrográfica também se evidencia como um fator condicionante importante, pelo fato de definir a localização de segmentos convergentes levando à concentração de fluxos superficiais e subsuperficiais, que promovem a saturação do solo (FERNANDES [et al.], 2004, MONTGOMERY and DIETRICH, 1994). Os fatores físicos como a coesão, a resistência do solo, a espessura do solo e o peso específico são de igual modo tidos como fatores condicionantes. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 25 2.4 HIDROLOGIA DAS VERTENTES 2.4.1 Conceitos de escoamentoModelo de escoamento Hortoniano O fluxo de escoamento pode se descrito de acordo com o modelo de HORTON (1933) (figura 18). Este modelo resulta da relação entre três conceitos fundamentais, nomeadamente a intensidade de precipitação, a capacidade de infiltração e a humidade do solo. Tendo em conta estes conceitos, podem ocorrer essencialmente quatro tipos de escoamento. O escoamento superficial ocorre quando a intensidade de precipitação excede a capacidade de infiltração do solo e o total de infiltração é superior ao défice de humidade do solo, repercutindo-se no aumento do fluxo subterrâneo. No entanto, se o total de precipitação for inferior ao défice de humidade do solo, não se verifica aumento do fluxo subterrâneo. Esta situação ocorre em superfícies impermeáveis ou pelo escoamento verificado pelo tronco das árvores (SELBY, 1993a). Por outro lado, quando a intensidade de precipitação é inferior à capacidade de infiltração, não se verifica fluxo superficial sendo que o total de infiltração, superior ao défice de humidade no solo, permite o aumento do fluxo subterrâneo. Em caso do total de infiltração ser inferior ao défice de humidade do solo, evidencia-se insuficiente para aumentar o fluxo subterrâneo. Outros tipos de escoamento podem ser verificados na figura 19. Figura 18Mecanismos de escoamento em tempestades. Adaptado de SELBY (1993a). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 26 Figura 19Os vários tipos de escoamento em vertentes com os caminhos de escoamento. A – fluxo superficial de horton ; Bfluxo subsuperficial; Cfluxo interno saturado. Adaptado de SELBY (1993a). 2.4.2 Fluxo subsuperficial De acordo com SELBY (1993), o fluxo subsuperficial pode ser gerado por dois mecanismos. Um primeiro mecanismo (o chamado fluxo interno rápido) onde o fluxo circula através dos macroporos. O outro mecanismo, o fluxo interno lento, é baseado na lei de Darcy (SELBY, 1993a). O fluxo através dos macroporos é restringido a períodos em que os espaços vazios são preenchidos por água capilar, que vai depender da capacidade de campo. Esse processo não ocorre com precipitação e humidade de solo fracas. O fluxo interno lento (baseado na lei de Darcy) ocorre quando os horizontes superiores do solo são bastante permeáveis e saturados. Com o lençol freático elevado, a zona capilar estende-se à superfície do solo. Neste caso, apenas uma pequena quantidade de água é necessária para causar a subida do nível freático (Hewlett e Hibbert, 1967, Anderson e Burt, 1982, in SELBY, 1993a). O lençol freático tende a estar perto da superfície do solo nas concavidades da vertente, onde as secções médias e a base das vertentes se unem. Estes locais são propícios à convergência de água de diversas fontes, promovendo a saturação e as condições para a ocorrência de processos geomorfológicos (SELBY, 1993a). 2.4.3 Fluxo interno saturado O fluxo interno saturado ocorre em áreas saturadas, o que impossibilita a infiltração da água. Os locais que sofrem deste processo são normalmente áreas com saturação sazonal ou ocorre durante tempestades (Dunne, 1978, in SELBY, 1993a). Este fluxo acaba por ser uma mistura de fluxo de retorno e do escoamento direto proveniente da precipitação. Em solos permeáveis, a proporção de área de captação a produzir este fluxo é pequena. Pelo contrário, solos pouco permeáveis em áreas húmidas necessitam de áreas de maior Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 27 dimensão para produzir o mesmo efeito. Nesta situação, a proporção de água perdida por fluxo de tempestade pode ser elevada. Nas inundações que ocorrem em bacias hidrográficas de regiões montanhosas, mas que não sofrem de escoamento superficial hortoniano, o fluxo interno de saturação possui importância nas áreas de captação, que acabam por se expandir durante períodos de tempestade. As áreas de contribuição do escoamento em situações de tempestade desenvolvem-se primeiro ao longo de canais na secção a jusante das bacias hidrográficas e em concavidades nos cursos de água de 1ª ordem e depois expande-se como escoamento superficial que decorre do desenvolvimento de vários tipos de processos (figura 20). Figura 20Área de origem e de expansão para canais de escoamento durante uma tempestade. Extraído de SELBY (1993a). 2.5 (INS) ESTABILIDADE DAS VERTENTES O modelo de estabilidade avalia e incorpora os fatores físicos e parâmetros condicionantes necessários que ditam a (in) estabilidade das vertentes. Os movimentos de vertente ocorrem em vertentes ativas por ação natural, pelo facto destas estarem sujeitas a diversas tensões, umas que facultam a estabilidade, outras que incentivam a instabilidade. A estabilidade das vertentes é avaliada segundo o Fator de Segurança (FS). Resulta na razão entre o somatório das forças que impulsionam a instabilidade (T) e as forças opostas, que mantêm o equilíbrio da vertente, as chamadas forças de resistência ao cisalhamento (τ) (equação 1 e 2). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 28 Equação 1 𝐹𝑆 =𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑑𝑒 𝐶𝑖𝑠𝑎𝑙ℎ𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 Equação 2 𝐹𝑆 = ∑𝜏 ∑𝑇 Quando as forças de resistência ao cisalhamento (τ) são iguais às forças impulsionadoras (T), o valor do fator de segurança é igual a 1, evidenciando a estabilidade limite das vertentes. Sendo superior a 1 (FS>1), ou seja, quando as forças de resistência (τ) ultrapassam as forças de cisalhamento (T), a vertente considera-se estável. Neste caso, quanto maior o valor de FS maior será a estabilidade da vertente. Quando o Fator de Segurança é inferior a 1 (FS<1), significa que a tensão de cisalhamento é superior à força de resistência, repercutindo-se na instabilidade das vertentes. Há que salientar que estes valores representam apenas uma probabilidade, com diversos graus de incerteza (SELBY, 1993b). A teoria do FS baseia-se na lógica bidimensional do talude infinito (SELBY, 1993a). Este modelo considera uma massa ou bloco com uma espessura uniforme e homogénea num plano inclinado, em que forças/tensões atuam. Portanto, a força de gravidade (g) atua verticalmente (aumentando o atrito do bloco com a superfície inclinada o que acresce a estabilidade da vertente) e, ao mesmo tempo, ao longo do plano de rotura (contribuindo para o deslocamento)(VIEIRA, 2007, p. 17). A tensão normal (σ) atua de forma perpendicular ao plano de rotura e acaba por ser influenciada pela pressão da água no solo (μ), que é oposta à tensão normal (σ) (SELBY, 1993a). Como se pode observar na figura 21, as tensões marcadas a vermelho, nomeadamente a gravitacional (g), a tensão de cisalhamento (T) e a pressão da água (μ), representam as tensões/ forças responsáveis pela criação de instabilidade da vertente; por oposição, a tensão normal (σ) restabelece a estabilidade da vertente. A tensão normal é ainda confrontada com a pressão oposta da água (μ). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 35 Equação 7 𝐼𝑖 =log𝑆𝐼/𝑁𝐼 𝑆/𝑁 Em que: 𝐼𝑖representa o Valor Informativo da variável 𝑖; 𝑆𝐼refere-se ao número de unidades de terreno com movimentos de tipo y e com a presença da variável xi; 𝑁𝐼é o número de unidades de terreno com a presença da variável xi; 𝑆representa o número total de unidades de terreno com movimentos de tipo y; 𝑁refere-se ao número total de unidades de terreno. Se 𝐼𝑖 for negativo, significa que a variável não é determinante na ocorrência de movimentos de vertente. Se, pelo contrário, o resultado for positivo, indica a existência de uma relação entre o parâmetro e os processos de instabilidade, sendo que, quanto maior o score maior é essa relação (Yan, 1988, in ZÊZERE, 1997b). O Valor Informativo total de uma unidade de terreno j é dada pela seguinte equação (YIN and YAN, 1988): Equação 8 𝐼𝑗=∑𝑋𝑗𝑖.𝐼𝑖 𝑚 𝑖=1 Em que: 𝐼𝑗é o VI total; 𝑚é o número de variáveis; 𝑋𝑗𝑖é atribuído valor de 0 na ausência da variável na unidade de terreno, sendo que a presença da variável na unidade de terreno é atribuído o valor de 1. Portanto, a aplicação do método do VI à avaliação da suscetibilidade a movimentos de vertente segue os seguintes procedimentos (PEREIRA, 2009, p. 225):  Definir as unidades de terreno em raster;  Elaborar matrizes binárias a partir das unidades de terreno, sob um determinado tipo de movimento de vertente;  Calcular o Valor Informativo para cada classe de cada variável; Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 36  Calcular o Valor Informativo final, através do somatório dos VI parciais (variáveis independentes presentes em cada unidade de terreno);  Divisão final dos scores do Valor Informativo em classes de suscetibilidade, a partir da análise dos valores de unidade de terreno com movimentos de vertente (YIN and YAN, 1988). 2.7.1 Curva de sucesso e de predição As taxas de sucesso e de predição calculam-se através de diferentes métodos, no entanto remetem para uma validação cruzada que permitem avaliar a qualidade do modelo de predição (CHUNG and FABBRI, 2008). A curva da taxa de sucesso é avaliada segundo a relação entre o mapa de predição e os movimentos de vertente que foram utilizados na construção do modelo. Deste modo, a curva evidencia o ajuste entre o modelo construído e os movimentos de vertentes utilizados para a modelação (pontos de treino) (PEREIRA, 2009). A taxa de predição, é avaliada entre o mapa de suscetibilidade (obtido com o grupo de treino) com os movimentos de vertente do grupo de teste (validação)(PEREIRA, 2009). 2.7.2 Classificação dos mapas de suscetibilidade Findada a construção do modelo e aplicando as taxas de sucesso e predição, a classificação do mapa final é o ponto-chave na interpretação do mapa. Não existe uma clara definição sobre a melhor classificação, pelo que é necessário adaptar o mapa de suscetibilidade à realidade aferida. Os SIG permitem fazer a classificação de forma simples e de forma automática, no entanto não significa que seja a mais correta, pelo fato de não existir uma justificação plausível à escolha das classes (PEREIRA, 2009) . Sugere-se que a melhor representação da suscetibilidade à ocorrência de movimentos de vertente deverá ter o maior número de movimentos de vertente na classe mais instável (suscetibilidade elevada) e na menor área, fornecendo uma melhor capacidade preditiva do modelo (PEREIRA, 2009). Existem algumas metodologias de classificação do mapa de suscetibilidade, a destacar (GARCIA [et al.], 2007, p. 273):  Igual ao número de unidades de terreno. Este método divide a área em quatro partes iguais (quartis), em que cada classe equivale ao mesmo número de unidades de terreno;  Igual amplitude, tendo em conta os valores máximo e mínimo dos scores, associado à análise discriminante de que resultam quatro classes com a mesma amplitude;  Distribuição das unidades de terreno, baseada no diagrama de dispersão de todos os valores dos scores discriminantes; Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 37  Distribuição das unidades de terreno instáveis, baseado na dispersão dos scores das unidades consideradas instáveis;  Unidades de terreno instáveis nos níveis elevados, considerando que as unidades de terreno instáveis se encontram, ainda que forçosamente, nas duas classes de suscetibilidade mais elevada (elevada e muito elevada);  Através da Curva de sucesso, com base na análise do declive apresentado pela curva, nomeadamente nas quebras. 2.7.3 Método de validação da suscetibilidade à ocorrência de movimentos de vertente A aplicação de qualquer metodologia necessita de validação, de forma a avaliarmos a capacidade preditiva do modelo utilizado. Para garantir qualidade no modelo utilizado, pode-se usar o mesmo conjunto de movimentos de vertentes usado para o modelo de predição, mas é cientificamente mais correta a utilização de um conjunto de movimentos de vertentes diferente e independente do que foi usado para a predição (CHUNG and FABBRI, 2003, Chung et al, 1995, in REMONDO [et al.], 2003). Portanto, um conjunto do inventário de movimentos de vertentes é usado para obter o mapa de predição, o outro conjunto é comparado com este mapa para validar os resultados (CHUNG and FABBRI, 2003). A partição do inventário pode seguir três técnicas: a partição temporal, espacial e aleatória. A partição temporal, pressupõe a existência de movimentos de vertente com informação espacial e temporal, designadamente o conhecimento das suas datas de ocorrência. Outra técnica utilizada é a partição espacial, sendo neste caso necessário um inventário/base de dados dos movimentos de vertentes passados, numa determinada área de estudo. Esta técnica assume as áreas circundantes com características de terreno semelhantes, o que se torna questionável pelo fato de poder haver variações locais entre as duas subáreas (CARRARA [et al.], 2008, CHUNG and FABBRI, 2003). Por fim, a partição aleatória utiliza-se na falta de dados que permitam a realização da partição temporal e espacial, dividindo assim os movimentos de vertente em dois grupos de forma aleatória (PEREIRA, 2009). Esta técnica assume que os movimentos de vertente passados ainda não ocorreram. Ainda assim, uma distribuição espacial semelhante deve ser tida em conta nesta técnica (PEREIRA, 2009). Mas neste trabalho, a metodologia de validação adotada é a de FAWCETT (2006). De acordo com esta metodologia (figura 24) são utilizadas as siglas Y e N para a classe de predição. Podem ser obtidos 4 resultados possíveis. Se é positivo, ou seja, se de facto ocorrerem deslizamentos e foi classificado como suscetível então será classificado como True Positive (TP). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 38 Se por outro lado foi contabilizado como negativo, será classificado como False Negative (FN), ou seja, não é suscetível mas ocorreram movimentos de vertente. Por outro lado, se foi contabilizado como negativo e se de facto é negativo, ou seja, não é suscetível mas também não foram contabilizadas ocorrências de movimentos de vertente então é classificado com True Negative (TN). Se for contabilizado como positivo então é classificado como False Positive, ou seja, é suscetível mas não ocorreram movimentos de vertente. Desta forma podem ser calculadas taxas com o objetivo de avaliar a predição do modelo. A taxa verdadeira positiva, ou a chamada taxa de acerto e/ou de recuperação pode ser obtida a partir da seguinte forma: Equação 9 𝑇𝑃𝑅 =𝑃𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑃 A taxa de falsos positivos (também denominada de taxa de falso alarme) pode ser conseguida através da seguinte fórmula: Equação 10 𝐹𝑃𝑅 =𝑁𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑖𝑛𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑡𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑁 A fiabilidade pode ser determinada através de: Equação 11 𝐴𝐶𝐶 = (𝑇𝑃+𝑇𝑁) (𝑇𝑃+𝐹𝑁+𝐹𝑃+𝑇𝑁) Por último pode ainda ser determinado a precisão através de : Equação 12 𝑃𝑃𝑉 = 𝑇𝑃 𝑇𝑃+𝐹𝑃 Figura 24Classificação do método de validação. Adaptado de FAWCETT (2006). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 39 2.8 MODELOS MATEMÁTICOS DE BASE FÍSICA A aplicação de modelos matemáticos de base física tem sido utilizada na predição e determinação da suscetibilidade a movimentos de vertentes. Existem já vários trabalhos onde as metodologias de base física foram aplicadas (BORGA [et al.], 1998, BORGA [et al.], 2002, GOMES, 2006, TEIXEIRA, 2012, VAN BEEK and VAN ASCH, 2004, VIEIRA, 2007). O SHASLTAB (Shallow Landslide Stability Analysis), é um modelo matemático de base física que calcula a suscetibilidade a deslizamentos rasos 5 baseado num modelo hidrológico, considerando os parâmetros sem variação espacial, e num modelo de estabilidade (DIETRICH [et al.], 1995, MONTGOMERY and DIETRICH, 1994, MONTGOMERY and DIETRICH, 1989, MONTGOMERY [et al.], 1998). Posteriormente surge o dLSAM (Slope Instability Model), em 1995, modelo baseado na teoria do talude infinito, um modelo subterrâneo das ondas cinemáticas, onde também a força da raiz da vegetação (importância do efeito de retenção do sistema radicular) é incorporada (WU and SIDLE, 1995). Em 1998 surge a aplicação de um novo modelo matemático, o SINMAP (Stability Index MAPping). O modelo baseia-se igualmente no índice de estabilidade de taludes, tendo por base a combinação de um modelo hidrológico em estado estacionário e o modelo de estabilidade com a teoria do talude infinito (PACK [et al.], 1998). Por fim, mais recentemente, o modelo TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration And GridBased Regional Slope Stability), modelo que evidencia as influências hidrológicas, topográficas e física dos solos na instabilidade das vertentes (BAUM [et al.], 2008, BAUM [et al.], 2002, IVERSON, 2000, KIM [et al.], 2010, LIAO [et al.], 2011). 2.8.1 SHALSTAB O SHALSTAB é um modelo matemático de base física que tem por objetivo a determinação da variação espacial da suscetibilidade a movimentos de vertente. As condições hidrológicas utilizadas encontram-se em steady-state, ou seja em estado estacionário. São incorporados no modelo parâmetros mecânicos/físicos e topográficos dos solos. Este modelo compila na sua metodologia um modelo de estabilidade baseado na teoria do talude infinito e um modelo hidrológico em estado estacionário. Este surge na sequencia de trabalhos de DIETRICH [et al.] (1993) e MONTGOMERY and DIETRICH (1994). No entanto só em 1998 se atribuiu o nome de SHALSTAB ao modelo já introduzido anteriormente (DIETRICH [et al.], 1998). 5 Ver tabela 1, Capítulo 2Movimentos de Vertenteconceitos. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 40 2.8.2 Modelo de estabilidade Com base no modelo do talude infinito criado por Mohr-Coulomb, o modelo de estabilidade (sem coesão) incorporado no modelo SHALSTAB resume-se na seguinte equação: Equação 13 h z= 𝑝𝑠 𝑝𝑤(1−𝑡𝑎𝑛𝜃 𝑡𝑎𝑛𝜙) De uma forma simplificada, o modelo de estabilidade é estabelecido pela relação de h/z. O modelo pode ainda incorporar o parâmetro da coesão, o que reproduz resultados mais apurados e mais próximos da realidade, visto que a coesão é um parâmetro de grande importância da resistência ao cisalhamento. A não utilização do parâmetro coesão irá potenciar a instabilidade e fornecer resultados mais simplificados da realidade. Desta forma, a equação do modelo de estabilidade, utilizando o parâmetro da coesão, define-se na seguinte equação: Equação 14 ℎ 𝑧=𝐶´ 𝑝𝑤 𝑔 𝑧 𝑐𝑜𝑠2 𝜃 𝑡𝑎𝑛𝜙+ 𝑝𝑠 𝑝𝑤(1−𝑡𝑎𝑛𝜃 𝑡𝑎𝑛𝜙) Esta equação devolve a maior ou menor estabilidade da vertente, sendo que quanto maior for o resultado da relação h/z, reflete-se na estabilidade da vertente. Ou seja, a altura da coluna da água (h) deverá ser superior à espessura do solo (z). É por isso diretamente proporcional a relação h/z e a estabilidade. Uma outra relação diretamente proporcional é a instabilidade da vertente e o declive da mesma. Aumentando o declive da vertente aumenta a instabilidade. 2.8.3 Modelo hidrológico O modelo hidrológico utilizado no SHALSTAB, considera a precipitação em estado estacionário com base num padrão espacial de saturação do solo em equilíbrio, partindo do modelo hidrológico de O'LOUGHLIN (1986). Baseia-se nas áreas contributivas (α) (figura 25), na transmissividade do solo (T) e nos declives (𝜃) (MONTGOMERY and DIETRICH, 1994). O modelo traduz-se no índice de humidade (W), ou seja, na relação entre a altura da coluna de água e a espessura do solo (h/z). Para haver saturação do solo é necessário que o produto da área drenada a montante (α) e a precipitação (Q) que passa por um pixel de comprimento (b), seja maior que o produto da transmissividade (condutividade * espessura do solo) e o seno do ângulo da vertente (𝜃), como se pode verificar na seguinte fórmula: Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 41 Equação 15 𝑎𝑄 𝑏≥𝑇𝑠𝑒𝑛𝜃 Figura 25Elementos topográficos do modelo hidrológico considerado no SHALSTAB. Extraído de MONTGOMERY and DIETRICH (1994). Quando o fluxo é constante, o grau de saturação do solo é determinado pelo índice de humidade (W). O índice de humidade engloba as relações Q/T (controlo hidrológico) e as relações α/bsen𝜃 (controlo topográfico). É descrito pela seguinte equação: Equação 16 𝑊 =𝑄 𝑇.𝑎 𝑏𝑠𝑒𝑛𝜃 O modelo pode ainda ser descrito pela relação h/z, onde é considerado um fluxo de água inicial (q), que representa o produto da velocidade (v) pela área da secção transversal saturada (S), visível na seguinte equação: Equação 17 𝑞 =𝑣.𝑆 A lei de Darcy relaciona a condutividade hidráulica saturada (Ksat) e o gradiente hidráulico (𝑖). A lei de Darcy considera a velocidade como o produto entre Ksat e 𝑖. Equação 18 𝑣 =𝐾𝑠𝑎𝑡.𝑖 Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 42 Por conseguinte, o gradiente hidráulico (𝑖), reflete a diferença entre a carga gravitacional ou de elevação entre dois pontos e a distância do comprimento entre eles (equação 19). Equação 19 𝒊= 𝜟𝒉𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑳 O comprimento L é igual ao sen𝜃 e, por isso, pode ser substituído 𝑖 por sen𝜃. Assim, a lei de Darcy pode ser reescrita pela seguinte equação: Equação 20 𝑉 =𝐾𝑠𝑎𝑡.𝑠𝑒𝑛𝜃 Já a área da secção transversal saturada (S), em função de h, é representada pela seguinte fórmula: Equação 21 𝑆 =ℎ.𝑐𝑜𝑠𝜃 Em condições de carga constante, o produto da precipitação efetiva (q) pela área de contribuição (α), devolver-nos-á a quantidade de escoamento em determinado comprimento b. (MONTGOMERY and DIETRICH, 1994). Portanto, no modelo hidrológico o fluxo representa o produto da precipitação por unidade de tempo e a área drenada a montante (equação 22). Equação 22 𝑄𝑎 =𝐾𝑠𝑎𝑡.𝑠𝑒𝑛𝜃.ℎ.𝑐𝑜𝑠𝜃.𝑏 Relativamente à transmissividade (T), é o resultado entre o produto da condutividade hidráulica e a espessura do solo (e). Como (e) reflete z. cos𝜃, este parâmetro pode ser escrito por: Equação 23 𝑇 = 𝐾𝑠𝑎𝑡.𝑧.𝑐𝑜𝑠𝜃 Portanto, o denominador do modelo hidrológico pode ser reescrito pela seguinte equação: Equação 24 𝑇.𝑏.𝑠𝑒𝑛𝜃 =𝐾𝑠𝑎𝑡.𝑧.𝑐𝑜𝑠𝜃.𝑠𝑒𝑛𝜃.𝑏 Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 43 O resultado da relação entre a precipitação efetiva pela transmissividade resulta na equação 16, sendo que a resolução da mesma, o modelo hidrológico, pode ser definido em função da razão de h/z de acordo com a seguinte equação: Equação 25 ℎ 𝑧=𝑄 𝑇.𝑎 𝑏.𝑠𝑒𝑛𝜃 O efeito da topografia no escoamento é visível pela relação (α/bsen𝜃), e o seu aumento reflete a diminuição do sen𝜃. Assim, quanto maior o valor de h/z, significa maior valor de 𝑎 em relação a b (TEIXEIRA, 2012). A equação 25 refere que em situação de precipitação de carga constante, da transmissividade, da área de contribuição (α/b) e do declive e da proporção da coluna de solo que pode saturar (humidade relativa). Em que h representa a espessura de solo saturado acima da camada impermeável e z é a espessura total do solo (Dietrich & Montgomery, 1998, Montgmorey et al., 1998, in TEIXEIRA, 2012). 2.8.4 Combinação do modelo de estabilidade e hidrológico A fórmula final do SHALSTAB incorpora o modelo hidrológico (equação 25) e o modelo de estabilidade (equação 13). Pode ser expressa pela razão Q/T (relação hidrológica) e/ou por α/b (relação topográfica), sendo representados pelas seguintes equações, respetivamente: Equação 26 Q T= ps pw(1− tanθ tanϕ)b a senθ Equação 27 a b= ps pw(1− tanθ tanϕ)T Qsenθ Através da combinação dos dois modelos (hidrológico e de estabilidade) é obtida a fórmula que representa a quantidade de precipitação crítica (Qc) ou fluxo de carga constante, para a ocorrência de movimentos de vertente (equação 28). Pode ainda ser incorporado o parâmetro da coesão do solo (equação 29), no sentido de apurar o modelo final. Equação 28 Qc T= senθ ab ⁄[ps pw(1− tanθ tanϕ)] Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 44 Equação 29 Qc T= senθ ab ⁄[c´ pwgzcos2θtanϕ+ ps pw (1 − tanθ tanϕ)] Portanto, a combinação dos modelos reflete o funcionamento do SHALSTAB, ou seja, é calculada a precipitação crítica de carga constante necessária ao desencadeamento de instabilidade em cada ponto, obtendo o potencial de deslizamento em determinada área (MONTGOMERY and DIETRICH, 1994). O resultado obtido pode ser classificado de acordo com vários graus de estabilidade (tabela 4), variando entre ‘incondicionalmente instável’ e ‘incondicionalmente estável’ (figura 26). A equação final da estabilidade pode variar entre zero e o valor da razão ps/pw (declive igual a zero).Tendo em conta que a razão entre h/z varia entre 0 e 1, considerando o plano de rutura paralelo à encosta. A classe incondicionalmente instável verifica-se quando o declive é maior do que o ângulo de atrito (𝑡𝑎𝑛𝜃 ≥𝑡𝑎𝑛𝜙), mesmo que o solo se encontre seco (h/z=0) Pelo contrário, a classe incondicionalmente estável verifica-se quando a tan𝜃 é menor ou igual a tan𝜙 6 (𝑡𝑎𝑛𝜃 ≤𝑡𝑎𝑛𝜙). Nesta situação, mesmo em saturação da vertente (h/z=1), a vertente é considerada estável. Figura 26 - Classes de estabilidade do SHALSTAB. Variação de α/b em função do declive (tan𝜃). O limite de saturação é representado pelo tracejado. Aincondicionalmente estável e saturado, Bincondicionalmente estável e não saturado, Cestável e não saturado, Dinstável e não saturado, Einstável e saturado, F - incondicionalmente instável e não saturado, Gincondicionalmente instável e saturado. Extraído de VIEIRA (2007, p. 33). 6 (1-(ps-pw)) Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 51 Figura 30-Ficha de campo utilizada na realização do inventário. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 52 3.2 CARTOGRAFIA DOS FATORES CONDICIONANTES Para a modelação de base estatística, utilizamos os seguintes fatores condicionantes: os declives, a orientação das vertentes, as áreas contributivas, o índice topográfico de humidade, o uso do solo e a curvatura das vertentes. Contudo, existem outros fatores que podem ser analisados e considerados neste tipo de modelos, como, por exemplo, a litologia. Mas pelo fato da área de estudo ser de grande escala, esta não apresenta variação espacial significativa. Considerou-se ainda, como critério de seleção dos fatores condicionantes, a necessidade de uniformizar os parâmetros dos dois tipos de modelos. A cartografia destes fatores foi derivada de dois MDE’s diferentes, que serão designados por MDE (A) e MDE (B), tendo em conta a metodologia de criação e desenvolvimento dos mesmos 8 : o MDE (A), com resolução espacial de 5m, foi desenvolvido a partir de fotografias aéreas com resolução espacial de 50cm; o MDE (B), com a mesma resolução, foi desenvolvido a partir de curvas de nível com 10m de equidistância, pontos cotados e hidrografia à escala 1/25000. 8 Sobre este assunto, consultar: Oliveira, A. S.; Bateira, C.; Soares, L.; Faria, A.; Fernandes, J.; Teixeira, M.; Hermenegildo, C. - MODRIS: Suscetibilidade a processos hidrogeomorfológicos no Norte de Portugal: modelação matemática de base física e de base estatística. Porto: Letras Departamento de Geografia Física 2014. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 53 3.2.1 Declives Figura 31Declives da área de estudoMDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 32Declives da área de estudoMDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 54 A variável ‘‘declive’ exerce uma elevada influência sobre a ocorrência de movimentos de vertente, pelo efeito da gravidade (TEIXEIRA, 2012) 9 . O mapa de declives, elaborado com base do MDE (A), foi classificado em 7 classes: <15; 15-20; 20-25; 25-30; 30-35; 35-40 e >40º (figura 31). A classe 25-30º apresenta a área mais considerável, de 81ha, seguindo-se a classe 30-35º com 67ha. A classe de 40º abrange uma menor área, correspondente a 12ha. Quanto ao mapa da figura 32, desenvolvido a partir do MDE (B) e classificado com as mesmas classes que o anterior, é a classe 25-30 º que possui maior representatividade em termos de área: 89ha. Portanto, os dois MDE’s remetem para a mesma classe de declives dominantes, embora no mapa derivado do MDE (B) esta englobe maior área. As áreas de menor declive (<15º), com uma área de 27ha e 19ha nos modelos (A) e (B), respetivamente, localizam-se sobretudo a uma maior altitude, associadas em muitos casos à presença de estradas de acesso na quinta e às áreas de interflúvio situadas a SW. As áreas de maior declive (>40º) e com uma área de 12ha e 7ha, encontram-se essencialmente em áreas de floresta/mato e olival. Quanto aos movimentos de vertente, é na classe 30-35º que se concentram em maior percentagem, 39% (figura 31) e 29% (figura 32), seguindo-se as classes 35-40º com 26% e 28%, respetivamente em (A) e (B). Em suma, apesar das áreas ocupadas por cada classe e as áreas deslizadas em percentagem serem ligeiramente diferentes, as classes com maior representatividade em termos de área remetem para as mesmas classes. 9 Ver capítulo 2, fatores condicionantes e desencadeantes dos movimentos de vertente. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 55 3.2.2 Orientação das Vertentes Figura 33Mapa da exposição de vertentes da área de estudoMDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 34Mapa da exposição de vertentes da área de estudoMDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 56 A orientação das vertentes desempenha igualmente um papel importante na instabilidade das mesmas, associada ao ciclo de humidade e consequentemente à vegetação e estrutura das rochas 10 . Os mapas derivados dos dois MDE’s foram reclassificados em octantes (figuras 33 e 34), sendo notória uma divisão clara entre vertentes soalheiras e umbrias. A orientação a Nordeste apresenta uma área de 77ha na figura 33 (MDE A) e aproximadamente 80ha na figura 34 (MDE B). Segue-se a orientação Norte com uma área de aproximadamente 63ha em (A) (figura 33) e de 61ha em (B) (figura 34), sendo a exposição a Este a que possui menor importância na quinta, com apenas 16ha e 17ha, respetivamente. Portanto, as classes mais e menos representativas em termos de área, remetem para as mesmas orientações em ambos os MDE’s. A Quinta das Carvalhas, pela sua localização geográfica e características topográficas, apresenta predominantemente vertentes umbrias. É precisamente nas vertentes expostas a Norte que se verifica a maior ocorrência de movimentos de vertente. Na instabilidade registada, a classe que apresenta maior percentagem de área deslizada remete para a orientação Nordeste, com 41.72% (figura 33) e 41.90% (figura 34) de área deslizada, seguindo-se as exposições a Norte 34% e 31% respetivamente) e a Este (21% e 24% respetivamente). As restantes exposições contêm processos de instabilidade muito pouco significativos ou até mesmo sem registos. 10 Ver capítulo 2Fatores Condicionantes e Desencadeantes dos Movimentos de Vertente. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 57 3.2.3 Áreas contributivas Figura 35Áreas contributivas da área de estudoMDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 36Áreas contributivas da área de estudoMDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 58 As áreas contributivas apresentam um papel relevante não só para a modelação estatística mas também constituem um fator preponderante na modelação matemática 11 . A área contributiva de uma célula, representa a área total drenada a montante e a sua própria contribuição. As áreas contributivas do modelo hidrológico do SHALSTAB utilizam a metodologia desenvolvida por QUINN [et al.] (1991), que utiliza o algoritmo de direção múltipla (MD8). Assenta na distribuição proporcional do fluxo entre as células, ou seja, a distribuição é feita tendo em conta todos os pixéis vizinhos de menor declive (QUINN [et al.], 1991, TARBOTON, 1997). Na sua representação cartográfica, foram definidas 9 classes (figuras 35 e 36). A classe 50-100m2 detém uma maior área, com 87ha em (A) (figura 35) e 90ha em (B) (figura 36). Seguese a classe 100-200m2, com 77ha e 88ha respetivamente, sendo a classe com menor representatividade a de 2000-4000m2 com aproximadamente 2.79ha e 2.55ha. Portanto, as classes com maior e menor representatividade em termos de área são as mesmas, apesar de derivarem dos diferentes MDE’s. Em termos de instabilidade, a classe 200-500m2 apresenta 30% (figura 35) e 31 % (figura 36) de área deslizada em relação ao total dos deslizamentos ocorridos, seguindo-se a classe 100200m2 com 25% de área deslizada (MDE A). Por outro lado, nas áreas contributivas do MDE (B) a segunda classe com maior percentagem de movimentos ocorridos é a classe 50-100m2 com aproximadamente 21%. A classe com menor representatividade remete para > 4000m2 com 0.61% (figura 35). Na figura 36 a classe menos representativa é a classe 2000-4000m2 sem ocorrências de movimentos de vertente. Neste fator condicionante a maior e a menor percentagem de movimentos ocorridos encontram-se em diferentes classes tendo em conta o MDE utilizado. 11 O seu importante papel pode ser verificado no Capítulo 2Fatores Condicionantes e Desencadeantes dos Movimentos de Vertente e no Modelo Matemático SHALSTABModelo Hidrológico. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 59 3.2.4 Índice topográfico de humidade (TWI) Figura 37Índice topográfico de humidade da área de estudoMDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 38Índice topográfico de humidade da área de estudoMDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 60 Pelo importante papel que assume, o TWI foi também incorporado na modelação estatística. O seu cálculo baseia-se na metodologia de BEVEN and KIRKBY (1979), que define as células com maior ou menor humidade tendo em conta a área de contribuição (α) e o declive (β) da bacia hidrográfica. Baseia-se no pressuposto que o efeito da topografia é capaz de explicar o escoamento, de localizar as zonas de saturação da superfície e a distribuição espacial da água no solo (BEVEN and KIRKBY, 1979, O'LOUGHLIN, 1986), de acordo com a seguinte equação: Equação 30 𝐼𝐷𝑊 =ln (𝑎/ tan (𝛽)) O resultado obtido foi reclassificado em 5 classes, com o critério das quebras naturais (figura 37 e 38). No caso do MDE (A), a classe 4,95 - 5,46 12 representa uma área de 124ha, enquanto a de 6,20 - 9,61 abrange apenas 12ha. São as classes intermédias que apresentam maior importância em termos de área em relação ao total da quinta (figura 37). Para o MDE (B), a classe com maior representatividade em termos de área é a classe 7.90 - 8.68, com 119ha, seguindo-se a de 8.68 - 9.74 com aproximadamente 85ha (figura 38). As comparações tornam-se neste caso dificultadas pelo facto dos resultados obtidos serem bastante distintos, evidenciando as diferenças entre os MDE’s utilizados. Quanto à instabilidade, é de salientar que a classe com mais ocorrências em (A) é a classe 4.95 - 5.46, com 47% de área deslizada, enquanto a classe 6.20 - 9.61 apenas conta com 1% de área deslizada. No contexto do MDE (B), o maior número de processos (33%) centra-se na classe 8.689.74. Apesar dos resultados serem diferentes entre os MDE’s, são apresentadas 5 classes, e em ambos os casos é na 3º classe que há maior ocorrência de movimentos de vertente. A classe com menor representatividade, em termos de processos de instabilidade ocorridos, remete para a classe >11.46 com apenas 3% e 1% nas figura 37 e 38, respetivamente. 12 As classes relativas ao IDW são adimensionais. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 67 ar (SCHAETZL and ANDERSON, 2005). De uma forma sintetizada, a porosidade é a fração de volume de solo ocupado por poros. Existem algumas formas de cálculo da porosidade, nomeadamente a percentagem de espaços de poros 20 , ou a proporção de vazios 21 . Quanto à permeabilidade, é influenciada pelo tamanho dos poros e pela interconectividade entre eles (SCHAETZL and ANDERSON, 2005). Os solos permeáveis permitem o intercâmbio e o movimento da solução do solo através da conexão entre os poros (SCHAETZL and ANDERSON, 2005). A permeabilidade é ainda afetada pela saturação ou não do solo (SCHAETZL and ANDERSON, 2005). A textura do solo avalia a proporção relativa de areia, silte e argila de um solo tendo em conta propriedades físicas acima descritas (FOTH, 1990). A classificação textural é representada em diagramas triangulares, onde cada lado representa uma classe textural de 0 a 100%. As perpendiculares do triângulo são divididas em 100 partes, pelo que cada parte corresponde a 1% da classe textural (DIAS, 2004). FOLK (1954) apresenta um diagrama triangular para os sedimentos grosseiros (figura 43), onde são representados proporcionalmente as percentagens de cascalho (>2mm), areia (2mm a 63µ) e lodo (<63µ) (in DIAS, 2004). A percentagem de cascalho apresenta a fronteira de 80%, 30% e 5%. Quanto à razão areia/lodo as fronteiras remetem para 9:1, 1:1 e 1:9 (DIAS, 2004). Esta classificação é composta por 15 termos, em que: Ccascalho, Cacascalho arenoso, Calcascalho areno-lodoso, Clcascalho lodoso, Llodo, Lclodo cascalhento, L(c)- lodo ligeiramente cascalhento, Acareia cascalhenta, A(c)- areia ligeiramente cascalhenta. 20 Porosidade *100. 21 Razão entre o volume de poros ou vazios pelo volume de partículas sólidas. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 68 Figura 43Diagrama triangular de Folk para a classificação dos sedimentos grosseiros. Extraído de DIAS (2004) Foram coletadas amostras de solo (figura 44) em sectores próximos dos locais onde foram desenvolvidos ensaios no terreno, nomeadamente de condutividade hidráulica, capacidade de infiltração e resistividade elétrica. Figura 44Localização das amostras de solo levantadaQuinta das Carvalhas. Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Foram recolhidas 8 amostras do solo. O ponto C3 apenas se distingue de C4 pela profundidade da amostra recolhida. O ponto C4 remete para a 2ª camada do solo. O mesmo Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 69 acontece com C5 e C7, que refletem localizações iguais, mas com profundidades de solo diferentes. Para a análise granulométrica das amostras levantadas, utilizou-se a estufa e mufla com o objetivo de retirar a humidade do solo e proceder à queima da matéria orgânica, respetivamente. As amostras foram divididas em duas partes, uma para apurar a percentagem de finos (por decantação) e a outra para as granulometrias de dimensão superior (peneiramento). A classificação textural adotada foi a classificação de Folk (figura 45), verificando-se que todas as amostras de solo recolhidas se inseremno domínio do “cascalho lodoso” e “lodo cascalhento”. Com efeito, os ensaios granulométricos evidenciaram uma variação de finos (silte e argila) entre os 45 e os 69%, a percentagem de areia entre 7.40 a 16.40% e por fim o cascalho varia entre 25.45 e 39.60%. Os pontos C2 e C8 representam a classe textural cascalho lodoso. Localizado a montante de um deslizamento ocorrido, C2 apresenta 40% de cascalho, 12% de areia e 49% de finos. A amostra C8, que se localiza na vertente convexa com exposição a Norte apresenta 39% de cascalho, 16% de areia e 45% de finos. As restantes amostras de solo apresentam percentagens de finos ainda superiores que lhe conferem a terminologia de lodo cascalhento. Figura 45Diagrama triangular da granulometria das amostras de solo recolhidas na Quinta das Carvalhas. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 70 3.3.6 Resistividade elétrica O conceito de resistividade elétrica passa pela compreensão de outros conceitos, como por exemplo da resistência elétrica. Desta forma, entende-se por resistência elétrica (R) o impedimento por parte dos portadores de carga, que estão sujeitos à ação de um campo elétrico na passagem de um ponto para outro num determinado corpo. Essa passagem do campo elétrico é dependente das dimensões e do tipo de material (AQUINO, 2010, p. 5). A resistência do material (equação 31) é fornecida pela expressão matemática da lei de Ohm, aplicada em materiais isotrópicos. A corrente elétrica (𝑖) no interior do material varia linearmente com a tensão aplicada (V), sendo a resistência elétrica (R), a constante de proporcionalidade entre essas duas grandezas. O material analisado é um condutor (ou resistor) ôhmico, caso a equação seja verificada (AQUINO, 2010). Equação 31 𝑅 = 𝑉 𝑖 Em que: Ré a resistência elétrica (ohms) Vé a diferença de potencial (volts) 𝑖é a corrente elétrica (ampere) A resistividade elétrica (ρ) refere-se de igual modo a um impedimento por parte dos portadores de carga, no entanto é uma propriedade intrínseca da matéria independente das dimensões do corpo. Portanto, a resistividade elétrica assume-se como uma característica ou propriedade do material (AQUINO, 2010, GIROTTO and SANTOS, 2002), sendo o resultado da sobreposição de diferentes fenómenos de condução elétrica (PACHECO, 2004). Depende, assim, de características do meio - como a condutividade do fluido intersticial, da porosidade, da irregularidade dos canalículos, da superfície específica e da capacidade de troca iônica e mineralogia das partículas sólidas - assim como de propriedades da matéria como o índice de refração, do calor específico, da densidade, da dureza, da elasticidade, da viscosidade, da temperatura de fusão, da temperatura de transição vítrea, etc (GIROTTO and SANTOS, 2002). A resistividade elétrica é calculada a partir do diferencial de potencial (baixa frequência e contínua) e remete para a capacidade de limitar a transferência da corrente elétrica (BESSON [et al.], 2004). A relação entre resistência e resistividade elétrica de um material é expressa pela equação 32: Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 71 Equação 32 𝑅 = 𝑝. 𝑙 𝐴 Em que: Ré a resistência elétrica (ohms); 𝑙é o comprimento do sólido (m); Aé a área da seção transversal do sólido (m²); 𝑝é a resistividade elétrica (ohms.m). A relação acima descrita não é generalizada. É valida para materiais uniformes e isotrópicos com secções transversais uniformes (GIROTTO and SANTOS, 2002). A corrente elétrica é conduzida por condutores metálicos 22 . A condução elétrica em solos e rochas pode ser conduzida por fenómenos distintos. São destacados a condução eletrónica 23 , a condução eletrolítica 24 e a condução dielétrica 25 (MIRANDA NETO, 2002). Das correntes acima referidas, a eletrolítica assume grande importância em meio poroso como é o caso do solo, pelo fato de haver uma solução intersticial que facilita a condução elétrica. A porosidade e o grau de saturação do solo assumem bastante importância na condução eletrolítica, pelo fato de haver maior possibilidade de espaços conectados preenchidos por solução intersticial. A corrente eletrónica/ôhmica assume alguma importância aquando da presença de grãos minerais que se evidenciam bons condutores (MIRANDA NETO, 2002) De acordo com WEEMEES (1990), este tipo de condução é mais habitual nas argilas. A resistividade elétrica total do solo é influenciada por diversos fatores, pelo facto do solo ser um sistema multifásico (WEEMEES, 1990). É por isso influenciada pelo grau de saturação do solo, pois quanto menor o espaço disponível para a condução da corrente elétrica maior será a sua resistividade (AQUINO, 2010). 22 Os condutores metálicos referem-se ao deslocamento de eletrões em partículas carregadas negativamente. Aquino, F. R. - Estudo Comparativo entre Resistividade Elétrica e Características Geotécnicas de um solo Argiloso Compactado. Brasília: Universidade de Brasília Departamento de Engenharia Civil e Ambiental 2010. Mestre 23 A corrente eletrónica (ou ôhmica) faz-se através da transferência de carga pelo fluxo de eletrões livres num condutor metálico. Miranda Neto, M. I. de - Investigação Geoambiental em Área de Mangue na Baía de Guanabara Contaminada com Resíduos Industriais Rio de Janeiro Universidade Federal do Rio de Janeiro Ciências em Engenharia Civil 2002. Mestre 24 A corrente eletrolítica dá-se através da transferência de carga, por meio da migração das partículas iônicas num meio eletrolítico em resposta a um campo elétrico. Ibid. 25 A condução dielétrica dá-se em materiais pouco condutores aquando da aplicação de um campo elétrico variável no tempo (corrente alternada) que provoque a polarização das moléculas. Miranda Neto, M. I. de - Investigação Geoambiental em Área de Mangue na Baía de Guanabara Contaminada com Resíduos Industriais Rio de Janeiro Universidade Federal do Rio de Janeiro Ciências em Engenharia Civil 2002. Mestre Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 72 Em material saturado, um maior índice de vazios repercute-se numa maior área de passagem da corrente elétrica (AQUINO, 2010). Em material não saturado, a substância líquida é condutora, considerando o ar e o sólido como isolantes. Neste sentido, quanto menor for a saturação do solo, menor será o espaço disponível para a condução da corrente elétrica, repercutindo-se numa maior resistividade elétrica (PACHECO, 2004). O tipo de solo também exerce influência na resistividade elétrica, sobretudo devido ao arranjo das partículas. Assim, quanto maior o índice de vazios do solo maior é a área de passagem da corrente possuindo desta forma uma maior condutividade elétrica (PACHECO, 2004). A alteração do tamanho das partículas leva consequentemente a uma modificação do arranjo/estrutura das mesmas exercendo alterações na resistividade medida (PACHECO, 2004). Possuindo uma elevada percentagem de finos, a resistividade elétrica pode ser influenciada por três diferentes situações; na primeira, o índice de vazios diminui pela ocupação das partículas finas aumentando a resistividade elétrica do solo; a segunda situação, pode levar à redução da resistividade elétrica no caso da polarização das partículas; o terceiro caso, pode implicar a redução da resistividade elétrica devido ao aumento da superfície específica e do contato entre as partículas sólidas (WEEMEES, 1990). Seguem-se alguns valores de referência de resistividade elétrica face ao tipo de solo. Tabela 5Alguns valores de referência de resistividade elétrica do solo. Adaptado de QENERGIA (). A medição da resistividade elétrica do solo pode ser feita segundo várias metodologias. Podem ser realizados levantamentos unidimensionais, bidimensionais e tridimensionais. Nos levantamentos bidimensionais, os elétrodos são mantidos a uma distância fixa, e vão sendo progressivamente movidos ao longo de uma linha reta na superfície do solo. Em cada passo realizado, uma medida é gravada. Aumentando o espaço entre os elétrodos, maior é a Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 73 profundidade obtida (SAMOUËLIAN [et al.], 2005). O conjunto de todas as medidas, num determinado espaçamento dos elétrodos resulta num perfil de valores de resistividade. De acordo com este esquema metodológico, várias matrizes podem ser aplicadas, sendo as mais reconhecidas e aplicadas as de Wenner, Wenner–Schlumberger, dipolo–dipolo, polo– polo ou polo–dipolo (figura 46). Aquilo que distingue as matrizes acima referidas remete para a sensibilidade da matriz, para heterogeneidades vertical e horizontal, para a profundidade da investigação, para a cobertura dos dados horizontalmente e a intensidade do sinal (Loke, 2001; Griffiths and Barker, 1993, in SAMOUËLIAN [et al.], 2005). Figura 46Configuração das matrizes bidimensional e tridimensional. Extraído de SAMOUËLIAN [et al.] (2005). A e B correspondem à corrente elétrica nos elétrodos e M e N correspondem ao potencial nos elétrodos; acorresponde espaçamento entre os elétrodos; nfator de espaçamento (valores inteiros 1-6); x é a distância de “elétrodos infinitos” no método polo-polo. O método de Wenner é um método de quatro pontos e permite a obtenção da resistividade do solo em profundidade, sem que seja necessária a colocação dos elétrodos a grandes profundidades. Os elétrodos A e B são colocados nos extremos e os elétrodos M e N no meio. A injeção da corrente ocorre nos elétrodos A e B. A corrente ao circular pelo solo vai provocar um diferencial de potencial elétrico nos elétrodos M e N, que é captada pelo instrumento recetor. As distâncias entre AM, MN e NB são iguais (figura 47). De forma a obter perfis de resistividade com indicação das várias camadas do solo e diferentes profundidades, o arranjo de Wenner é movido em linha de um ponto para outro para medir a resistividade elétrica de pontos adjacentes. Aumentando a distância entre os elétrodos é obtida uma maior informação em profundidade (BESSON [et al.], 2004, p. 140, DISTRIBUCIÓN, 2008). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 74 Figura 47Método de Wenner. Adaptado de BESSON [et al.] (2004). A e B representam a injeção da corrente nos elétrodos. O potencial elétrico é medido pelos elétrodos M e N. A distância AM = MN=NB representa a distância inter-elétrodos. Foi usada a seguinte fórmula para o cálculo da resistividade elétrica do solo: Equação 33 𝑝=2∗𝜋∗𝑎∗𝑅 Em que: 𝑝é a resistividade elétrica; 𝑎é a distância entre os elétrodos; Ré o valor registado pelo equipamento. No nosso caso de estudo foi aplicado o método de Wenner com auxílio do resistivímetro (modelo SAS 300 C). Numa primeira fase, a distância entre os elétrodos remetia para 1 metro, tendo sido aumentada sequencialmente 1m em cada leitura. Foram realizados 10 perfis de resistividade elétrica de acordo com a figura 48. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 75 Figura 48Localização dos perfis de resistividade elétrica efetuados. Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 49Perfil de resistividade 1. O perfil 1 (figura 49) localiza-se a montante de um deslizamento. Neste caso, os valores mais elevados da resistividade elétrica localizam-se na superfície do solo, o que indica a presença de maior número de vazios próximos da superfície topográfica. Neste perfil é atingida uma resistividade >500Ω.m. À medida que aumenta a profundidade os valores diminuem, facto causado pelo aumento da saturação do solo. Apesar da presença dos espaços vazios, a diminuição da resistividade é homogénea verticalmente. Neste perfil é atingida uma Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 76 profundidade superior a 3 metros. A superfície topográfica é também apresentada no perfil, apresentando uma altitude de 358 metros. Figura 50Perfil de resistividade 6. O perfil 6 (figura 50), localizado na base da vertente (figura 48), de perfil convexo, apresenta valores de resistividade entre 125 e 300Ω.m. Há um aumento dos valores de resistividade de forma homogénea à medida que aumenta a distância em relação ao ponto inicial da experiência. Ao fim de aproximadamente 20m horizontais do ponto inicial, o aumento da resistividade também é visível em profundidade. A cerca dos 153 metros de altitude o valor de resistividade aumenta. A esta profundidade os valores são mais elevados o que significa solo não saturado. Os valores mais baixos podem ser indicadores de saturação do solo. Este perfil de resistividade é indicador da diminuição da saturação do solo à medida que caminhamos para a concavidade. Figura 51Perfil de resistividade 7. O perfil de resistividade 7 (figura 51) é um perfil bastante mais complexo do que o perfil 6, na medida em que os valores de resistividade variam facilmente. Os valores mais elevados (>300Ω.m) localizam-se em profundidade e de forma não homogênea. Estes valores mais Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 83 hidrológicas 26 , estratificação em camadas/canais e a caraterísticas texturais dos solos 27 (SILVÉRIO, 2000). Em três levantamentos efetuados, nomeadamente em “Carv1”, “Carv7” e “Carv8”, os valores de Kfs são iguais (0.0002016 cm/s). Ou seja, os pontos apresentam características hidrológicas e físicas semelhantes. A experiência com valores de Kfs mais elevada e consequentemente com melhor capacidade de circulação do solo remete para o ponto “Carv5”, que se localiza a meia vertente na convexidade exposta a Norte. Em contrapartida, o valor mais baixo de Kfs (Carv4) remete igualmente para a meia vertente, traçado igualmente convexo mas com exposição a Este. Esta diferença de resultados pode dever-se à estrutura dos materiais. À partida o ponto “Carv5” apresenta uma maior porosidade o que facilita uma maior circulação da água no solo. O ponto “Carv3” apresenta o 2º valor com maior capacidade de circulação interna da água. No entanto também coincide com valores de áreas contributivas elevadas, o que significa uma concentração de fluxo subsuperficial. Em situações de precipitação intensa pode promover a saturação do solo mais rapidamente e consequentemente a instabilidade da vertente. Os pontos “Carv3” e “Carv4” encontram-se em áreas côncavas, áreas privilegiadas de convergência de fluxo subsuperficial o que promove a saturação do solo. A circulação reduzida interna dá água potencia a instabilidade. Estes valores podem ser comparados com outros levantamentos de campo efetuados, no entanto com características geológicas e litológicas diferentes. No trabalho desenvolvido por TEIXEIRA (2012), procedeu-se de igual modo ao levantamento da condutividade hidráulica. É uma área essencialmente granítica e apresenta um valor máximo de kfs de aproximadamente 0.00399 cm/s. Por outro lado, comparando os dados com os levantamentos efetuados na Serra da Aboboreira (SILVÉRIO, 2000), os valores de Kfs atingem valores médios de 0.00073 cm/s com o método do reservatório combinado, devido à formação litológica do local, essencialmente granítica. Independentemente do método utilizado, os valores de kfs da Serra da Aboboreira 26 Presença de fendas, “pipes”. 27 Ver capítulo 3Parâmetros FísicosTextura dos Solos. Tabela 6 - Valores de referencia de K. Adaptado de Freeze e Cherry, 1979, in GOMES (2012, p. 24). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 84 evidenciam-se bastante superiores em relação à Quinta das Carvalhas (valor máximo de 0.0004599 cm/s). A kfs média da Quinta das Carvalhas é de 0,000819 cm/s, valor que se enquadra, de acordo com a tabela 6, numa baixa permeabilidade. A condutividade hidráulica apresenta valores muitos reduzidos o que é concordante com a textura fina das formações geológicas da área de estudo, que dificultam o escoamento pelo fluxo interno lento da água infiltrada, facilitando o processo de saturação dos solos (BATEIRA, 2013). Valores baixos de kfs repercutem-se na fraca circulação interna da água o que pode originar instabilidade geomorfológica 28 Figura 58Matriz de fluxo potencial. Quinta das Carvalhas. Relativamente à matriz de fluxo potencial (φm), esta apresenta valores mais variáveis (figura 58). Primeiro, o ponto “Carv6” apresenta um valor negativo, facto que também aconteceu na Kfs. Os pontos “Carv4” e “Carv5” também apresentam valores negativos. Ambos se localizam a meia vertente, em traçado convexo. Esses valores negativos que indicam a presença de descontinuidades, sugerem a ocorrência de fluxo interno rápido. Caso haja um processo de bloqueio neste tipo de escoamento, o processo evolui para um fluxo interno saturado. Comparando os valores obtidos nos levantamentos efetuados na Serra da Aboboreira (com valores médios a atingirem os 0.0078 cm2/s) com os valores da Quinta das Carvalhas (com o valor máximo de 0.0015 cm2/s), os valores atingidos na Serra da Aboboreira devem-se ao tipo de formação superficial, de origem granítica e texturas médias a grosseiras (SILVÉRIO, 2000). 28 Ver capítulo 2Fatores Condicionantes e Desencadeantes dos Movimentos de Vertente. Carv1 Carv2 Carv3 Carv4 Carv5 Carv6 Carv7 Carv8 Фm (cm2/s) 0,0007 0,0015 0,0005 -0,0008 -0,0008 -0,0068 0,0007 0,0007 -0,0080 -0,0070 -0,0060 -0,0050 -0,0040 -0,0030 -0,0020 -0,0010 0,0000 0,0010 0,0020 cm2/s Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 85 Portanto, na Serra da Aboboreira (área de Castelo) há uma maior absorção da água por capilaridade do que na Quinta das Carvalhas. Figura 59Parâmetro Alfa - Quinta das Carvalhas. Por fim, analisamos o parâmetro alfa (figura 59), que representa a razão entre as forças de gravidade e o efeito da capilaridade (White & Sully, 1987, in MARQUES, 2007). Da leitura da figura 59 é de salientar a presença novamente de valores negativos dos pontos “Carv4” e “Carv5”. Apesar de continuarem representados os valores negativos, os mesmos não podem ser utilizados para comparação com outros dados. Dos dados obtidos, o ponto “Carv3” apresenta um valor mais elevado comparativamente com os restantes, indicando uma maior velocidade de circulação da água no solo. Este ponto localiza-se em vertente côncava e a meia vertente o que se poderá relacionar com o facto de serem áreas privilegiadas de circulação da água. São áreas de convergência da drenagem e recebem partículas e sedimentos dispersos da vertente convexa. Este ponto apresenta uma percentagem de finos (silte e argila) que ronda os 50%, percentagem de areia de 15% e por fim 34% de cascalho. O ponto “Carv6” apresenta o valor mais baixo, indicando baixa velocidade de circulação da água no solo. O que é concordante com as texturas do solo, pois apresentam uma percentagem de finos de 67%. A elevada percentagem de finos evidencia a presença de microporos 29 que refletem a fraca velocidade de circulação de água no solo. Na serra da Aboboreira (áreas graníticas) os valores médios de α (0.4337 cm-1) são superiores em relação aos atingidos na Quinta das Carvalhas. Portanto as diferenças devem-se essencialmente à litologia, textura e estrutura do solo. 29 A presença de texturas finas e microporos indica a forte capacidade de reter água. Carv1 Carv2 Carv3 Carv4 Carv5 Carv6 Carv7 Carv8 α cm-1 0,2857 0,1539 0,4320 -0,1746 -0,5840 0,1000 0,2857 0,2857 -0,8000 -0,6000 -0,4000 -0,2000 0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 CM-1 Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 86 Os valores padrão de α podem ser verificados na tabela 7 (ELRICK [et al.], 1989). Valores altos de α indicam que o movimento da água é principalmente gravítico, associados a texturas grosseiras e/ou estruturas fortes. Valores baixos de α indicam que as forças de capilaridade se sobrepõem às da gravidade e estão associados a texturas finas e/ou mal estruturados (MARQUES, 2007). Tabela 7Valores de alfa (α) tendo em conta a textura e estrutura do solo. Adaptado de (ELRICK [et al.], 1989). Da análise da tabela 7, é possível verificar que os pontos “Carv 2” e “Carv6” aproximamse dos valores de α com características de solos argilosos e siltosos com estrutura, sendo incluídas as texturas finas a médias. O ponto “Carv 2” apresenta uma percentagem de finos de 49%, areia de 12% e cascalho de 40%, sendo por isso uma textura cascalho-lodoso. O que é concordante com os valores padrão de α. O ponto “Carv6” também se enquadra neste grupo e apresenta 67% de finos, 7% de areia e 26% de cascalho, possuindo portanto uma textura lodosacascalhenta. Os restantes valores de α aproximam-se mais do grupo de solos com a presença de fendas e outros tipos de macroporos, o que reflete, em termos hidrológicos, a existência de um fluxo de escoamento interno rápido. 3.4.2 Capacidade de infiltração do solo A camada mais superficial da crosta terrestre é designada habitualmente de zona vadosa, ou zona não saturada, possuindo características extremamente importantes na compreensão de todo o ciclo hidrológico e consequentemente na hidrologia das vertentes e na capacidade de infiltração do solo. Nesta camada (figura 60) existe um sistema que tem na sua constituição: sólidos (minerais e orgânicos); líquidos (água e solutos) e gases como vapor de água entre outros (Fetter, 1999, 2001, in MARQUES, 2007). Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 87 Figura 60Elementos constituintes de um solo não saturado (Fredlund e Rahardjo, 1993, in FERNANDES, 2011, p. 30). De acordo com VARELA (1993) e FETTER (1999) a zona vadosa constitui a zona de transição entre a parte superficial e subterrânea do ciclo hidrológico, portanto estende-se entre a superfície terrestre e a zona freática (in MARQUES, 2007, p. 155). É precisamente nesta zona que fenómenos como a infiltração ocorrem. Este processo caracteriza-se pelo movimento de água da superfície topográfica para a camada superior do solo ou maciço rochoso (MARQUES, 2007, p. 155). A zona vadosa divide-se em três camadas MEINZER (1923) e é na subzona superior que a água sofre o processo de infiltração, evapotranspiração ou drenagem gravítica. Esta subzona estende-se entre a superfície topográfica e o limite inferior da raiz das plantas, que corresponde normalmente aos horizontes dos solos mais superficiais. Devido ao processo de infiltração, esta subzona pode sofrer de saturação temporária devido à precipitação ou sistema de rega (Todd, 1980, Varela, 1993, Dingman, 1994, in MARQUES, 2007). Entende-se por infiltração a entrada de água nas camadas do solo mais superiores (subzona superior), próximo à superfície do solo, que se movimenta no sentido descendente através dos vazios existentes, alterando a humidade inicial do solo. Este processo dá-se principalmente pela ação da gravidade e/ou capilaridade, dependendo da quantidade de água disponível para a infiltração. Determinados fatores influenciam o processo, a destacar: o tipo de solo, a humidade inicial do solo, a cobertura vegetal, o declive, a intensidade e duração da precipitação e a temperatura (FERNANDES, 2011). Na área de estudo foram realizados testes de infiltração, recorrendo ao infiltrômetro de duplo anel. O infiltrômetro de duplo anel é constituído por 2 anéis de metal concêntricos, um interno e outro externo que são colocados no solo a alguns centímetros de profundidade. No momento de realização da experiência é colocada água no cilindro interno e externo. O registo Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 88 da variação da água 30 , efetua-se no cilindro interno com auxílio de um cronómetro, até que haja infiltração total da água no cilindro interno, ou aquando da estabilização da variação do nível da água. Após a realização das experiências, os dados foram tratados tendo sido calculadas as taxas de infiltração (𝑖), que segundo LIBARDI (1995) relaciona-se com a infiltração acumulada (𝐼), que se define pelo volume de água infiltrada que atravessa a unidade de área do solo por unidade de tempo (in FERNANDES, 2011, p. 49). Neste trabalho foi adotada a seguinte fórmula da taxa de infiltração dos dados de campo levantados: Equação 48 𝑖 = 𝑑𝑙 𝑑𝑡 Em que (𝑖) representa a taxa de infiltração, (𝐼) é a infiltração acumulada e (t) representa o tempo. A infiltração acumulada foi conseguida através do somatório da variação existente entre a primeira (minuto zero) e a segunda leitura (minuto 1). Ao fim de 30 minutos por exemplo, temos o somatório da variação (quantidade de água infiltrada em cm) entre a primeira (minuto zero) e a última leitura (minuto 30) 31 . O levantamento da capacidade de infiltração do solo coincidiu com os levantamentos de kfs, texturas de solo e resistividade elétrica. Foram realizadas 6 experiências de campo (figura 61). 30 Água infiltrada num determinado intervalo de tempo, tendo sido no caso pratico de 30 segundos. 31 Outras metodologias podem ser utilizadas na obtenção e simulação do processo de infiltração, designadamente modelos que expressam matematicamente o fluxo de água em meios porosos. Destacam-se os modelos empíricos de KOSTIAKOV (1932), KOSTIAKOV-LEWIS (1932) e HORTON (1940) Fernandes, Mariana Alher - Condutividade Hidráulica Não Saturada de um Solo Aneroso: Aplicação do Infiltrômetro de Disco. São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, 2011. Mestre e os modelos teóricos nomeadamente de GREEN E AMPT (1911) e de PHILIP (1957) Fernandes, Mariana Alher - Condutividade Hidráulica Não Saturada de um Solo Aneroso: Aplicação do Infiltrômetro de Disco. São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, 2011. Mestre Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 89 Figura 61Localização espacial dos levantamentos efetuados da capacidade de infiltração. Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 62Taxa de infiltração dos pontos Carv1 e Carv2. A figura 62 evidencia os pontos experimentais no material deslizado (Carv1) e a montante do deslizamento (Carv2), uma das áreas críticas de instabilidade na Quinta das Carvalhas. O ponto “Carv1” possui uma taxa de infiltração inicial de 0.4 cm/min. A experiência decorreu em 30 minutos. Findo o ensaio, verificou-se uma infiltração total de água de 7.2cm. y = -0,049ln(x) + 0,4104 R² = 0,9626 y = -0,532ln(x) + 3,885 R² = 0,9909 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 010 20 30 TAXA DE INFILTRAÇÃO (CM/M) TEMPO (MINUTOS) Logarítmica (Carv1) Logarítmica (Carv2) Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 90 Em termos de taxa de infiltração, corresponde a um valor de 0.24cm/min. Posto isto, é notório o decréscimo gradual da taxa de infiltração há medida que decorreu a experiencia. Em contrapartida o ponto “Carv2” possui valores bastante diferentes. Neste caso, a experiência apenas decorreu em cerca de 4 minutos, uma vez que a água se infiltrou na totalidade. No primeiro minuto da experiência a taxa de infiltração era de 3.9cm/min, valor esse bastante superior ao “Carv1”, com apenas 0.4cm iniciais de infiltração. Ao fim de 4 minutos, a taxa de infiltração era de 3.2cm/min, correspondendo a uma infiltração de 10.5cm, novamente valores muito superiores ao outro ponto. Figura 63Taxa de infiltração dos pontos Carv2, Carv3 e Carv7. Na figura 63 pretende-se compreender o comportamento da infiltração em vertentes côncavas. Como já foi referido anteriormente o ponto “Carv2” possui uma capacidade de infiltração bastante elevada. O procedimento experimental em “Carv3” decorreu em 17 minutos. Foi dada por terminada a experiência pelo fato da variação ocorrida entre cada leitura ser semelhante. No primeiro minuto da experiencia a taxa de infiltração foi de 0.2cm/min, ao fim dos 17 minutos, a taxa de infiltração viu-se reduzida a 0.19cm/min, ou seja um valor próximo da taxa de infiltração inicial. Neste caso, entre a primeira leitura e a última leitura houve uma infiltração total de 3.3cm. Este ponto contemplou um decréscimo pouco acentuado da taxa de infiltração ao longo do tempo. Por fim, a experiência do ponto “Carv7”, contou apenas com 7 minutos, pelo facto de a variação ser contínua. No primeiro minuto da experiencia a taxa de infiltração era de 0.3cm/min. Houve por isso uma infiltração de 0.3cm, que se assemelha ao ponto “Carv3”. Ao fim dos 7 minutos a taxa de infiltração era de aproximadamente 0.24cm/min, refletindo uma infiltração total entre o início e fim da experiência de 1.5cm de infiltração. Se compararmos esta taxa y = -0,532ln(x) + 3,885 R² = 0,9909 y = 0,2592e-0,017x R² = 0,5275 y = 0,006x2 - 0,0752x + 0,2698 R² = 0,9919 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 5 10 15 20 TAXA DE INFILTRAÇÃO (CM/M) TEMPO (MINUTOS) Logarítmica (Carv2) Exponencial (Carv3) Polinomial (Carv7) Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 91 infiltração com o ponto “Carv3” aos 7 minutos, denota-se uma equivalência nos dados levantados (0.23cm/min), evidenciando características bastante semelhantes na capacidade de infiltração verificada. Nesta comparação, apenas o “Carv2” possui valores enviesados e bastante diferentes, pelo fato de se localizar a montante do deslizamento translacional ocorrido. Figura 64Taxa de infiltração dos pontos Carv4 e Carv8. O gráfico da figura 64 pretende avaliar as diferentes taxas de infiltração, a meia vertente (Carv4) e na base da vertente (Carv8) que apresentam um traçado convexo. O procedimento experimental “Carv4” decorreu em 10 minutos. Deu-se por concluída a experiência pelo fato das variações serem semelhantes. Ao fim do primeiro minuto de experiência a taxa de infiltração era de 0.5cm/min. Ao fim dos 10 minutos de experiência, a taxa de infiltração resumiu-se a 0.16cm/min. Houve por isso uma infiltração total de 1.6cm. O decréscimo foi gradual e contínuo. No ponto “Carv8”os valores são mais inconstantes. A experiência decorreu em 8 minutos e no primeiro minuto, a taxa de infiltração remetia para 0.4cm/min. Ao fim dos 8 minutos experimentais a taxa de infiltração era de 0.34cm/min, correspondendo a uma infiltração total de 2.5cm, valor esse relativamente superior ao ponto “Carv4” (1.6cm). Esta diferença de valores pode dever-se às características texturais e estruturais do solo. y = 0,5018x-0,504 R² = 0,9978 y = 0,4491e-0,037x R² = 0,7307 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 5 10 15 TAXA DE INFILTRAÇÃO (CM/M) TEMPO (MINUTOS) Potencial (Carv4) Exponencial (Carv8) Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 92 Figura 65-Taxa de infiltração dos pontos Carv7 e Carv8. Com o gráfico da figura 65 pretende-se compreender a existência de alguma relação com a forma da vertente. As experiências foram realizadas na base da vertente na concavidade (Carv7) e convexidade (Carv8). No primeiro minuto de experiência (Carv7) a taxa de infiltração era de 0.3cm/min. Ao fim dos 7 minutos a taxa de infiltração era aproximadamente de 0.24cm/min, refletindo uma infiltração total entre o inicio e fim da experiencia de 1.5cm. No ponto “Carv8”, no primeiro minuto, a taxa de infiltração remetia para 0.4cm/min, contrapondo com a infiltração de 0.3cm/min do ponto “Carv7”. Ao fim dos 8 minutos experimentais a taxa de infiltração era de 0.34cm/min, correspondendo a uma infiltração total de 2.5cm, valor relativamente superior ao ponto “Carv7” (1.5cm). Verificou-se uma ligeira diferença de valores, onde o ponto localizado na parte convexa da vertente possui valores ligeiramente mais elevados relativamente à concavidade da vertente. Neste caso, a vertente convexa apresenta uma maior taxa de infiltração comparativamente com o traçado côncavo. Com o objetivo de esclarecer a possível diferenciação entre concavidade, convexidade, efetuou-se uma nova comparação a meia vertente. y = 0,0032x2 - 0,0369x + 0,3397 R² = 0,7904 y = 0,4526e-0,04x R² = 0,7438 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 2 4 6 8 TAXA DE INFILTRAÇÃO (CM(M) TEMPO (MINUTOS) Polinomial (Carv7) Exponencial (Carv8) Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 99 Figura 73Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário AMDE (B). Como já foi referido, o fator coesão (c’) foi conseguido recorrendo à retroanálise. O ângulo de atrito interno (φ) é de 40º, tendo em conta o declive dos patamares (igualmente de 40º), portanto foi assumido que tanφ=tan𝜃. O peso específico do solo (ps) de acordo com o levantamento efetuado é de 16.7 kN/m3. Quanto à espessura do solo (z) esta é variável e no cenário A (figura 68 e 69), assumiu-se de 1 metro. Por isso, a coesão corresponde a 2500 N/m2. De acordo com os parâmetros introduzidos no cenário A, verifica-se, em termos da percentagem de área abrangida por cada classe, que as consideradas estáveis compreendem uma área de 66% e as classes instáveis 32 aproximadamente 18% (figura 70). A classe cronicamente instável representa apenas 0.2% da área total. Neste cenário mas com o MDE (B) (figura 71), os resultados não são muito diferentes: as classes de suscetibilidade consideradas instáveis contam com uma área de aproximadamente de 20% comparativamente com uma área de 62% de área considerada estável. Quanto à área deslizada por classe (figura 72), é de salientar que na classe “cronicamente instável” (log Q/T-10- -9.9), não se observam registos de instabilidade. Pelo contrário, a classe que apresenta maior área deslizada é classe log (Q/T) -2.8- -2.5 com 21%. As classes estáveis (> -2.2) concentram 34% do total de área deslizada e as classes instáveis (<-2.5) apresentam 49% da área deslizada. Na figura 73, que apresenta a área deslizada para o cenário A do MDE (B), 36% dos movimentos de vertente ocorreram em áreas classificadas como estáveis de acordo com os parâmetros utilizados. 32 São consideradas classes instáveis de suscetibilidade as classes log (Q/T) -10 - -2.5. -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 013 12 23 17 15 21 0 5 10 15 20 25 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 100 Figura 74Mapa do cenário B de suscetibilidadeMDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 75Mapa do cenário B de suscetibilidade – MDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 101 Figura 76Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário B-MDE (A). Figura 77Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário BMDE (B). Figura 78Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário BMDE (A). -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área (%) 1 5 7 16 20 14 36 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área (%) 0,1 4 8 20 23 14 32 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 0,3 16 25 21 17 13 8 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 102 Figura 79Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário BMDE (B). No cenário B de suscetibilidade (figura 74 e 75), os parâmetros ângulo de atrito interno (φ) e peso do solo (ps) permanecem iguais, variando apenas a espessura do solo (z) e a coesão (c’). A espessura do solo foi assumida como 1.5m, pelo que a coesão neste caso será de 2600 N/m2. Da leitura da figura 76, é de salientar que as classes consideradas instáveis aumentaram em termos de área para 29% do total, resultado da modificação do fator espessura do solo (z). A classe cronicamente instável aumentou de 0.2% para 1% do total da área. O mesmo aumento se registou aplicando o MDE (B) (figura 77), com 32% das áreas consideradas instáveis, valor esse superior em 3% em relação ao MDE (A). Em termos de área deslizada por classe (figura 78), é importante referir que a classe cronicamente instável conta com 0.3% de área deslizada, ou seja, esta classe é muito pouco representativa quer no cenário B, quer no cenário A (0%). No entanto, cerca de 62% das cicatrizes encontram-se nas classes instáveis. Apenas 21% da área deslizada se encontra na classe estável e cronicamente estável. Pelo contrário no MDE (B) (figura 79), a classe log (Q/T) -2.8- -2.5 é a que apresenta maior percentagem de processos, com 22% em relação ao total. A classe cronicamente instável não apresenta nenhuma ocorrência de movimentos de vertente. Neste caso, as classes consideradas instáveis apresentam uma percentagem de deslizamentos de 60%, valor inferior em 2% comparativamente com o obtido com o MDE (A) (figura 77). -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 017 21 22 17 15 9 0 5 10 15 20 25 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 103 Figura 80Mapa do cenário C de suscetibilidade – MDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 81Mapa do cenário C de suscetibilidade – MDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 104 Figura 82Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário CMDE (A). Figura 83Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário CMDE (B). Figura 84Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário CMDE (A). -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área (%) 1 6 9 18 21 15 29 0 5 10 15 20 25 30 35 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área (%) 0,2 5 10 22 24 14 25 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 0,3 21 22 23 15 13 5 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 105 Figura 85Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no C – MDE (B). No cenário C (figura 80 e 81) foi considerada uma espessura do solo de 2m e uma coesão de 2700 N/m2, mantendo-se os restantes parâmetros. Com o aumento da espessura do solo as classes instáveis representam 34% da área total (figura 82), o que revela um acréscimo comparativamente com o cenário B, que contava apenas com 29% (figura 76). Portanto o aumento da espessura do solo leva ao aumento das classes consideradas instáveis. As áreas instáveis concentram-se essencialmente nas áreas de convergência de fluxo (figura 80), enquanto as estáveis se localizam nas estradas de acesso à quinta, áreas de fracos declives e interflúvios. No cenário C do MDE (B) (figura 83), as áreas instáveis representam uma área de 37%, valor superior em 3% comparativamente com o MDE (A) (figura 82). Em termos de área deslizada (figura 84) as ocorrências localizam-se preferencialmente nas classes instáveis (66% da área deslizada). No MDE (B), 65% das ocorrências localizam-se nas áreas consideradas instáveis, valores que se mostram muito semelhantes independentemente do MDE utilizado. -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 020 24 21 17 13 6 0 5 10 15 20 25 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 106 Figura 86Mapa do Cenário D de suscetibilidadeMDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 87Mapa do cenário D de suscetibilidadeMDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 107 Figura 88Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário DMDE (A). Figura 89Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário DMDE (B). Figura 90Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário DMDE (A). -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área (%) 0,2 2 4 10 14 12 57 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 Área (%) Classes de Suscetibilidade -4.6--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área (%) 2 3 12 16 11 55 0 10 20 30 40 50 60 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10--9.9 -9.9--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 010 15 22 15 14 25 0 5 10 15 20 25 30 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 108 Figura 91Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário DMDE (B). No cenário D (figuras 86 e 87), a espessura do solo é igual à do cenário A (1 metro), modificando-se apenas o parâmetro c’ que passa de 2500 N/m2 no cenário A para 2700 N/m2 no cenário D. Neste caso, pretende-se compreender o efeito da coesão. Tendo em conta os parâmetros utilizados, no MDE (A) (figura 88) a percentagem de área instável é de cerca de 16%, sendo claro o seu decréscimo relativamente ao cenário C (34%). As classes instáveis voltam a diminuir em termos de área em relação ao cenário B e C, em associação com a diminuição da espessura do solo ter diminuído. Portanto, diminuindo (z) as áreas instáveis também diminuem. No entanto, também foi clara neste caso, a influência de c’. O cenário A do MDE (A) (figura 70) apresentava uma percentagem de áreas instáveis de 18% comparativamente com os 16% do cenário D. Ou seja, o aumento de c’ diminui as áreas consideradas instáveis. Tal fato é percetível e compreensível pelo conceito de coesão 33 . Por outro lado, o MDE (B) (figura 89) apresenta uma percentagem de áreas consideradas instáveis de 17%. Valores também inferiores, se comparados com os cenários B e C elaborados a partir do MDE (B). Comparativamente com o cenário A, que apresenta o mesmo valor de espessura de solo excetuando-se a coesão (2500 N/m2), apresenta uma percentagem de área instável de 20% (figura 71). Neste caso a relação estabelecida anteriormente é novamente verificada: o aumento de c´ diminui as áreas consideradas instáveis. De salientar que no MDE (B) do cenário D não existe a classe cronicamente instável (figura 89). Relativamente à área deslizada por classe, no cenário D do MDE (A) (figura 90) verificase que 39% dos movimentos se localizam nas classes consideradas estáveis e 47% nas instáveis. Quanto ao número de ocorrências, no MDE (B) (figura 91) a classe com maior percentagem de movimentos é a considerada estável, com 26% de acordo com o cenário C de suscetibilidade. Neste caso as áreas consideradas instáveis abrangem 43%. 33 Ver capítulo 3Parâmetros Físicos – Coesão do Solo. -4.6--3.1 -3.1--2.8 -2.8--2.5 -2.5--2.2 -2.2-9.8 9.8-10 Área deslizada (%) 11 12 20 16 15 26 0 5 10 15 20 25 30 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 115 Figura 92Cenário 1 de suscetibilidade. Classificação a partir das quebras naturais – MDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 93Cenário 1 de suscetibilidade. Classificação a partir das quebras naturais – MDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 116 Figura 94Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário 1MDE (A). Figura 95Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário 1MDE (B). Figura 96Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário 1MDE (A). -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área (%) 16 29 28 27 0 5 10 15 20 25 30 35 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área (%) 26 28 23 23 0 5 10 15 20 25 30 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área deslizada (%) 0,3 1 9 90 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 117 Figura 97Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário 1MDE (B). As figuras 92 e 93 representam o cenário 1 de suscetibilidade, para os MDE’s (A) e (B). Neste caso o VI foi classificado em 4 classes no ArcMap, de acordo com o critério das quebras naturais. De acordo com este cenário, a área de cada classe (figura 94) encontra-se dividida quase homogeneamente. A classe de suscetibilidade nula é a classe com menor representatividade em termos de área, contando com 16% em relação ao total. A classe com maior área em relação ao total da quinta é a classe de suscetibilidade fraca (-6.16- -3.49), com 29%. As áreas consideradas suscetíveis 36 contam com uma área de 55% em relação ao total. O cenário 1 do MDE (B) apresenta 46% das áreas classificadas como suscetíveis (figura 95), valor inferior à modelação obtida no MDE (A). No que concerne aos movimentos de vertentes ocorridos tendo em conta o MDE (A) (figura 96), de acordo com esta classificação 90% das ocorrências encontram-se na classe de suscetibilidade considerada elevada (>-0.442). Na modelação a partir do MDE (B) (figura 97), é de referir que 82% dos deslizamentos ocorridos se localizam na classe considerada de suscetibilidade elevada. Neste caso, há uma diminuição de 8% em relação à modelação obtida no MDE (A). 36 São consideradas as classes moderada e elevada, como as classes suscetíveis. -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área deslizada (%) 0 2 16 82 0 20 40 60 80 100 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 118 Figura 98Mapa do cenário 2 de suscetibilidade. Classificação através das quebras no perfil da curva de sucesso - MDE (A). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Figura 99Mapa do cenário 2 de suscetibilidade. Classificação a partir das quebras no perfil da taxa de sucessoMDE (B). Fonte: IGEOE, CAOP 2013. Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 119 Figura 100Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário 2MDE (A). Figura 101Área (%) por classe de suscetibilidade para o cenário 2MDE (B). Figura 102Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário 2 – MDE (A). -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área (%) 63 21 13 3 0 10 20 30 40 50 60 70 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área (%) 69 22 7 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Área (%) Classes de Suscetibilidade -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área deslizada (%) 424 37 35 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 120 Figura 103Área deslizada em percentagem por classe de suscetibilidade no cenário 2MDE (B). O cenário 2 de suscetibilidade (figura 98 e 99) teve como critério de classificação as ruturas da curva da taxa de sucesso 37 obtida. De acordo com o critério de classificação as diferenças entre os cenários 1 e 2 são mais do que evidentes. Neste caso, na figura 100, 63% do total da área encontra-se classificada como suscetibilidade nula e apenas 3% com suscetibilidade elevada. Por outro lado, na modelação tendo em conta o MDE (B) (figura 101), 69% da área encontra-se na classe de suscetibilidade nula. Um valor superior em relação ao MDE (A). A suscetibilidade elevada conta com 2% comparativamente com os 3 % do MDE (A). Relativamente aos processos de instabilidade ocorridos na modelação obtida para o MDE (A) (figura 102), é de salientar que de acordo com esta classificação 72% da área deslizada ocorreu nas áreas classificadas como suscetíveis. Já no MDE (B) (figura 103) 59% da área deslizada encontra-se nas áreas classificadas como suscetíveis. 4.2.1 Curva de sucesso A taxa de sucesso é uma forma de avaliar a capacidade preditiva do modelo em questão (CHUNG and FABBRI, 2008). A curva de sucesso representa o ajuste entre a modelação concretizada e os movimentos de vertentes ocorridos (PEREIRA, 2009). Calculando a taxa de sucesso da modelação pelo Valor Informativo (figura 104) com base no MDE (A), verifica-se que é de 89,9967%. Isto significa que 89.9967 % das ocorrências foram preditas com sucesso. A área abaixo da curva (ACC) representa o valor da taxa de sucesso. A figura 105 representa a curva de sucesso da modelação realizada a partir do MDE (B). A área abaixo da curva (ACC) é de 0.898048, ou seja, 89.8048 % das ocorrências foram preditas com sucesso. 37 Ver Capítulo 2 (Metodologia de Classificação dos Mapas de Suscetibilidade) e o ponto seguinte (4.2.1). -10.878--6.157 -6.157--3.489 -3.489--0.442 >-0.442 Área deslizada (%) 833 33 26 0 5 10 15 20 25 30 35 Área deslizada (%) Classes de Suscetibilidade Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 121 É possível comparar os dois resultados obtidos, que, apesar de apresentarem valores muito semelhantes denotam a influência dos MDE’s utilizados, salientando-se que o MDE (A), com resolução espacial de 5m e realizado a partir das fotografias aéreas de 50cm de resolução, apresenta resultados ligeiramente superiores. Figura 104Taxa de sucesso – MDE (A). Figura 105Taxa de sucesso – MDE (B). 4.2.2 Validação dos cenários O processo de validação pode seguir várias metodologias. No nosso estudo, e como referimos, recorremos à partição do inventário de forma aleatória em duas amostras, utilizandose aqui o ‘grupo de teste’ que representa os restantes 50% dos registos utilizados na modelação. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 DESLIZAMENTOS PREDITOS ÁREA DE ESTUDO CLASSIFICADA POR ORDEM DECRESCENTE DE SUSCEPTIBILIDADE Taxa de Sucesso 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 DESLIZAMENTOS PREDITOS ÁREA DE ESTUDO CLASSIFICADA POR ORDEM DECRESCENTE DE SUSCEPTIBILIDADE Taxa de SucessoValor Informativo Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 122 Tabela 12Resultado da validação obtida para os cenários 1 e 2 do MDE (A). O Cenário 1 (tabela 12), ou seja, aquele em que o mapa final do VI seguiu uma classificação de acordo com as quebras naturais, apresenta uma taxa de verdadeiros positivos (TPR) de 99,4%. No cenário 2, a classificação do mapa final do VI realizou-se a partir da curva apresentada pela curva de sucesso. O cenário 2 apresenta uma TPR de 78%, que, de acordo com GUZZETI (2005), corresponde a uma boa validação (in TEIXEIRA [et al.], 2014). Quanto à taxa dos falsos positivos (FPR), o cenário 1 apresenta uma taxa de 54.8% comparativamente com os 15.9% do cenário 2. A fiabilidade (ACC) é de 45.2% no cenário 1 e 84.1% no cenário 2. Por fim, a precisão (PPV) apresenta valores bastante reduzidos (0.0010%) no cenário 1 e de 0.0026% no cenário 2. Portanto, apesar de todos os resultados de TPR/FPR serem superiores a 1, o cenário 2 apresenta melhores resultados nos grupos FPR, ACC e PPV, excetuando-se no grupo TPR que não se evidencia o melhor (ainda assim sugere uma boa validação). Este resultado é comprovado pela relação TPR/FPR, com 4.906. Tabela 13Resultado da validação para os cenários 1 e 2 do MDE (B). A tabela 13 representa os resultados obtidos da validação do MDE (B). Neste caso, os cenários permanecem iguais, aquilo que os distingue é o MDE utilizado para a modelação e consequentemente a validação. Portanto no cenário 1, a TPR é de 98.8%, valor esse inferior ao cenário 1 da tabela 13. Quanto ao FPR também se evidencia inferior (46.3%) comparativamente com o cenário 1 do MDE (A) (54.8%). No que respeita a fiabilidade (ACC), neste caso evidencia-se superior no MDE (B) (53.7%) comparativamente com o mesmo cenário da tabela 12 (45.2%), enquanto a precisão (PPV) é bastante semelhante ao cenário da tabela 13. TPR FPR ACC PPV TPR/FPR Cenário 1 Classificação por quebras naturais 0,994 0,548 0,452 0,00010 1,813 Cenário 2 Classificação com base na curva de sucesso 0,779 0,159 0,841 0,00026 4,906 Modelação VI TPR FPR ACC PPV TPR/FPR Cenário 1 Classificação por quebras naturais 0,988 0,463 0,537 0,00011 2,133 Cenário 2 Classificação com base na curva de sucesso 0,601 0,088 0,912 0,00037 6,856 Modelação VI Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 123 Relativamente ao cenário 2, a TPR e FPR mostram-se inferiores com 60.1% e 8%, quando comparadas com o cenário 1. No entanto em relação à ACC e à PPV os valores são superiores ao cenário 1. Se por outro lado compararmos o cenário 2 da tabela 13, com o mesmo cenário da tabela 12, é de salientar que a FPR, ACC, PPV são inferiores na tabela 12 (MDE A) com exceção da TPR. Portanto, a validação do cenário 2 da tabela 13, apresenta melhores resultados do que o cenário 2 a partir da modelação do MDE (B), que é comprovada pela relação TPR/FPR. Em suma, para a modelação obtida através do Valor Informativo, o MDE (B), realizado à escala 1/25000, representando as tendências gerais da superfície topográfica e tendo em conta os fatores condicionantes que a modelação estatística incorpora, permite um melhor apuramento do modelo. 4.3 COMPARAÇÃO DO MODELO MATEMÁTICO DE BASE FÍSICA E DO MODELO DE BASE ESTATÍSTICA Analisando os resultados individualmente, ou seja, os quatro cenários do SHALSTAB e os dois cenários do Valor Informativo, cabe agora realizar uma análise comparativa a fim de avaliar qual o melhor método de análise tendo em conta a validação efetuada. Neste caso foram tidas em conta apenas as melhores validações do SHALSTAB e do VI. Tabela 14Validação do Valor Informativo e do SHALSTAB para o MDE (A). A tabela 14 apresenta o melhor cenário obtido para o VI e SHALSTAB para o MDE (A). O cenário 2 do VI, apresenta os melhores resultados em todos os grupos de validação, nomeadamente, TPR de 80%, FPR de 16%, ACC de 84% e PPV de 0.0026%. A relação TPR/FPR apresenta um valor de 4.906. No SHALSTAB, é o cenário D que apresenta melhores validações, mas quando comparado com os valores obtidos pelo VI, mostram-se inferiores. Com TPR de 61%, FPR de 30%, ACC de 70%, PPV de 0.00022% e a relação TPR/FPR de 2.016. TPR FPR ACC PPV TPR/FPR Cenário 2 Classificação com base na curva de sucesso 0,779 0,159 0,841 0,00026 4,906 TPR FPR ACC PPV TPR/FPR Cenário D c'- 2700 N/m 2; Z-1m; ps - 16,7 kN/m 3; φ40º 0,610 0,303 0,697 0,00022 2,016 Modelação VI Modelo SHALSTAB Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 124 Tabela 15Validação do valor informativo e do SHALSTAB para o MDE (B). A tabela 15 apresenta o melhor cenário obtido para o VI e para o SHALSTAB tendo em conta o MDE (B), verificando-se que os melhores cenários do MDE (A) se repetem no MDE (B). O cenário 2 prevalece em relação ao cenário D do SHALSTAB. Apresenta valores de 60% na TPR, FPR de 8.8%, ACC de 91.2% e PPV de 0.037%. Contudo, a TPR apresenta um valor de 60.1%, valor abaixo do considerado aceitável para uma boa predição (FAWCETT, 2006). A relação TPR/FPR apresenta um valor de 6.856. O SHALSTAB apresenta piores resultados em todos os grupos de validação. O modelo estatístico apresenta melhores validações pelo facto dos fatores condicionantes selecionados para modelação e tendo em conta o inventário realizado, permitirem um melhor ajustamento do modelo à realidade estudada. TPR FPR ACC PPV TPR/FPR Cenário 2 Classificação com base na curva de sucesso 0,601 0,088 0,912 0,00037 6,856 TPR FPR ACC PPV TPR/FPR Cenário D c'- 2700 N/m 2; Z-1m; ps - 16,7 kN/m 3; φ40º 0,592 0,337 0,663 0,00019 1,757 Modelação VI Modelo SHALSTAB Faria, A.- Avaliação da Suscetibilidade a Movimentos de Vertente por Método Matemático de Base Física e Base Estatística: Estudo Comparativo no Vale do Douro Vinhateiro. Página | 131 Pedrosa, A.; Martins, M.; Pedrosa, F. - Processos de erosão acelerada. Região Demarcada do Douro: um património em risco. Douro. Vol. 17. (2004). pp. 213-238. Pereira, E. - Breve História Geológica do NE de Trás-os-Montes (Paisagem Protegida da Albufeira do Azibo e Maciço de Morais). Disponível em WWW: <http://www.azibo.org/geohistorappaa.pdf>. Pereira, S. - Perigosidade a Movimentos de Vertente na Região Norte de Portugal Porto: Faculdade de Letras da Universidade do Porto, Departamento de Geografia 2009. Doutor Pereira, S.; Zezere, J. L.; Quaresma, I. 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