Liderança de Ideia: Empregando a Tecnologia de Radar para Monitoramento da Estabilidade de Taludes na Gestão Eficaz do Risco Geotécnico em Aplicações Civis

Engenheiro Geotécnico Sênior da GroundProbe – Américas, Andrei Torres

Os deslizamentos de terra são mais comuns do que qualquer outro evento geológico no mundo. Nos últimos 20 anos, eles causaram 18.000 mortes ao redor do mundo.

Até pouco tempo atrás, era um enorme desafio identificar um processo de instabilidade com tempo suficiente para garantir a segurança da vida humana. Na maioria dos casos, as encostas não têm nenhum monitoramento e, quando são monitoradas, as limitações dos métodos tradicionais se mostram consideráveis. Principalmente nas aplicações civis, em que as atividades tradicionais de monitoramento se concentraram essencialmente na aferição dos movimentos na superfície do solo.

A tecnologia terrestre de radar para monitoramento da estabilidade de taludes tem se mostrado uma eficaz ferramenta para o monitoramento de encostas e predição da probabilidade de ocorrência de deslizamentos. Os dados obtidos pelo radar, além de serem usados como um sistema de alerta, ajudam a diferenciar o possível impacto de diferentes dinâmicas em ambientes variados, desde consideráveis eventos climáticos a atividades de remediação.

Deslizamentos de Encostas

Os deslizamentos ocorrem sob ampla variedade de formas e ambientes. Geralmente, resultam das forças geológicas, reológicas e desestabilizadoras provocadas pelo meio ambiente, os elementos climáticos e a atividade humana.

Sob tais circunstâncias, as encostas estão sujeitas à diminuição da resistência a rupturas, representando uma grave ameaça às comunidades e instalações quando se rompem. Os sinais precursores nem sempre são evidentes, impossibilitando o alerta da necessidade de evacuação da área. A incapacidade de detectar com eficácia os deslocamentos precursores do solo decorre de:

• Número limitado de pontos de aferição
• Falta de dados auxiliares para promover a instalação de uma rede de monitoramento
• Desconhecimento da presença de fenômenos de instabilidade contínua
• Dificuldade de acesso
• Restrições econômicas ou logísticas em geral

Devido a isso e à variabilidade dos processos que envolvem a instabilidade das encostas, torna-se difícil caracterizar seu comportamento através das ferramentas e métodos tradicionais de modelagem geotécnica e monitoramento.

As avaliações do risco de deslizamento costumam se basear em mapas da suscetibilidade a deslizamentos e catálogos de ocorrência de deslizamentos e índices pluviométricos. Os dados de tais fontes não costumam trazer uma descrição abrangente o suficiente das condições necessárias para a indução de deslizamentos, porque os limiares pluviométricos e os respectivos modelos de estabilidade convencionais são consideravelmente imprecisos.

Desde 2001, a tecnologia de radar baseada em interferometria tem tido ampla aceitação na indústria mineradora como um sistema capaz de identificar e quantificar o risco de falhas em taludes. Trata-se de uma exigência fundamental para a manutenção da produção com segurança.

Agora, essa tecnologia começa a ser usada em aplicações civis e para lidar com riscos naturais. O surgimento das tecnologias de radar para monitoramento da estabilidade de taludes abriu inúmeras portas, incluindo a possibilidade de identificar, quantificar e mitigar o risco de perigos geológicos.

Radares Terrestres para Monitoramento da Estabilidade de Taludes

Os radares terrestres para monitoramento da estabilidade de taludes se provaram uma ferramenta singular no monitoramento da deformação de superfícies. Esses instrumentos calculam a alteração de fase induzida por deformação do sinal eletromagnético de retrodifusão entre duas capturas sem a necessidade da instalação de instrumentação física.

Os radares para monitoramento da estabilidade de taludes podem ser de abertura real (RAR) ou abertura sintética (SAR). A essencial diferença é a dimensionalidade do radar, que é usada na geração de imagens e mapeamento espacial da deformação das superfícies tridimensionais dos taludes.

Tradicionalmente, o RAR utiliza um feixe fino em forma de lápis para gerar imagens 3D completas (3D-RAR) ou um feixe fino verticalmente alongado em forma de leque para gerar imagens 2D (2D-RAR). O SAR usa um feixe fino sintético (virtual) verticalmente alongado em forma de leque para gerar imagens 2D (2D-SAR).

Informações do Monitoramento

Juntamente com os dados do deslocamento, os radares para monitoramento da estabilidade de taludes coletam outros três parâmetros adicionais: coerência, alcance e amplitude, que também são de grande utilidade para a compreensão da natureza da área monitorada e a dinâmica dos processos de instabilidade.

Deslocamento – Para calcular o deslocamento de uma determinada área, os radares terrestres se utilizam da interferometria: dois sinais de radar subsequentes são comparados no intuito de calcular a diferença de fase entre as duas capturas consecutivas. Se entre as varreduras não ocorrer nenhum movimento no alvo, o ângulo de fase do sinal permanece constante. Caso haja movimento entre as varreduras, haverá uma diferença no ângulo de fase, que pode ser convertida em deslocamento.

Imagem 1. Cálculo de deslocamento usando radar terrestre com interferometria.

Coerência – é controlada pela refletividade do solo e descorrelação temporal entre as capturas. A descorrelação resulta de perturbações entre duas capturas. Capturas de elevada correlacionalidade exibem valores elevados de coerência, enquanto as observações descorrelacionadas são expressas pela queda nos valores de coerência segundo o grau de perturbação da superfície.

Alcance – é a distância aferida do radar em direção ao alvo. Calcula-se pelo tempo de lançamento do sinal, velocidade da luz e tempo necessário para que o sinal do radar seja transmitido e refletido ao radar.

Amplitude – representa a força do sinal refletido de volta ao receptor, uma função das características das superfícies, incluindo forma e material.

Estudo de Caso: Rodovia Bogotá-Medellín, Norte da Colômbia

Cenário de Risco Geotécnico

No final de 2016, observou-se pequenas quedas de rochas e detritos na rodovia de Bogotá-Medellín, no norte da Colômbia. Inspeções de campo revelaram algumas rachaduras na encosta acima, as quais poderiam estar associadas a um mecanismo simples de translação, presumivelmente impulsionado por um período de incomuns condições climáticas adversas.

Com isso, o tráfego intenso (cerca de 22.000 veículos por dia) entre as cidades de Bogotá e Medellín sofreu uma interrupção parcial. Na presença de mais indícios de instabilidade, permaneceu bloqueado nos dias seguintes.

Imagem 2. A encosta afetada na rodovia Bogotá-Medellín (K14+000), norte da Colômbia.

Um radar de monitoramento da estabilidade de taludes de abertura real foi implantado no local em 28 de dezembro para verificar as condições de estabilidade, determinar o possível tamanho da área instável e caracterizar os processos de deslocamento.

Primeiros Resultados

Doze horas após a implantação do sistema, as imagens do radar revelaram a extensão da área de deslizamento, a tendência e o ritmo do deslocamento, tornando possível validar as premissas feitas pela inspeção de campo acerca do mecanismo de falha.

Isso se deu pela sobreposição das informações do 3D-RAR sobre uma imagem de câmera de alta resolução, permitindo a correlação visual das informações. A vantagem dessa integração era mediar a detecção dos recursos nas áreas de varredura em todas as imagens 2D reunidas.

A Zona A não exibiu nenhuma evidência de qualquer alteração em sua tendência de deformação ou no ritmo de deformação devido aos eventos de precipitação no período. A Zona B exibiu processos de aceleração que puderam ser diretamente correlacionados com alguns dos eventos de precipitação.

A escala de cores na imagem de radar acerca do deslocamento exibe deslocamentos de −30 a +30 mm nas primeiras 12 horas. Os valores positivos (vermelho a amarelo) exibem o deslocamento ao longo do LOS em direção ao observador, os valores negativos (azul-claro a violeta) distantes do observador, e os valores verdes representam um deslocamento zero.

A imagem de coerência representa o grau de descorrelação entre as capturas. A descorrelação resulta de intensos movimentos dentro de uma célula de resolução, por exemplo, devido a detritos, cobertura vegetal ou deslocamentos diferenciais.

Imagem 3. Doze horas após o uso do sistema de radar terrestre, as imagens do radar revelaram a extensão da área de deslizamento e permitem validar o que foi identificado pela inspeção de campo acerca dos motivos para falha do talude.

O Monitoramento por Radar Durante as Atividades de Recuperação

A técnica de radar terrestre para monitoramento da estabilidade de taludes foi usada para monitorar e fornecer informações oportunas para a tomada de decisões acertadas durante as atividades de recuperação.

Em 1º de janeiro, as autoridades locais tentam induzir um deslizamento por meio de explosão. Esperava-se que a explosão resultasse na queda do material instável, e as informações do radar possibilitaram o monitoramento da resposta do deslizamento em tempo real.

Imagem 4. Análise do deslocamento pela explosão em 1º de janeiro de 2017.

Nos meses seguintes (dezembro de 2016 a agosto de 2017) as obras de recuperação centraram-se na reconfiguração da encosta visando reduzir o ângulo geral. Foi relatado um total de 18 rupturas e deslizamentos.

Muitos desses eventos tiveram correlação com eventos de precipitação e as obras de reparo conduzidas na área (o radar terrestre de monitoramento da estabilidade de taludes coleta informações climáticas que permitem verificar isso em tempo real), sendo possível prever a maioria dos quais em tempo hábil e com eficácia através da análise dos dados de monitoramento.

No decorrer de junho a agosto de 2017, o ritmo de deformação diminuiu, permitindo a validação da eficácia do plano de remediação e a campanha de monitoramento teve fim.

Imagem 5. Gráfico de velocidade inversa para previsão de deslizamento. Localização de um deslizamento previsto.

Imagem 6. Progresso das obras de remediação em março de 2017.

O radar terrestre para monitoramento da estabilidade de taludes tem se mostrado eficaz em aplicações civis para compreensão das diferentes dinâmicas e dos principais fatores ambientais desencadeantes. Seu futuro como uma ferramenta de grande eficácia nas aplicações da engenharia civil é altamente promissor, podendo seus dados auxiliar na mitigação de riscos e redução do impacto de quedas de rochas e deslizamentos de terra sobre pessoas, propriedades e infraestruturas essenciais.

O uso de cálculos precisos e em tempo real acerca de deslocamentos, bem como outros parâmetros do radar, identificou as diferentes dinâmicas de uma área desafiadora que apresentava detritos ativos, densa cobertura vegetal, eventos de precipitação e obras de remediação, fornecendo informações para a tomada de decisões acertadas durante as atividades de recuperação.