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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA - ICN
CURSO DE GEOGRAFIA
João Vitor Roque Guerrero
ESTUDO DE IMPACTO NA VEGETAÇÃO E SOLO NA
MINA DE URÂNIO EM CALDAS, MINAS GERAIS
ATRAVÉS DE IMAGENS MULTITEMPORAIS
Alfenas/MG
2011
João Vitor Roque Guerrero
ESTUDO DE IMPACTO NA VEGETAÇÃO E SOLO NA
MINA DE URÂNIO EM CALDAS, MINAS GERAIS
ATRAVÉS DE IMAGENS MULTITEMPORAIS
Trabalho de conclusão de curso desenvolvido
no laboratório de geoprocessamento
da Universidade Federal de Alfenas.
Área de interesse: Sensoriamento Remoto
Orientador: Fernando Shinji Kawakubo
Alfenas/MG
2011
João Vitor Roque Guerrero
ESTUDO DE IMPACTO NA VEGETAÇÃO E SOLO NA MINA
DE URÂNIO EM CALDAS, MINAS GERAIS ATRAVÉS DE
IMAGENS MULTITEMPORAIS
A banca examinadora abaixo-assinada,
aprova a dissertação apresentada como
Trabalho de Conclusão de Curso do curso de
Bacharelado em Geografia pela Universidade Federal de
Alfenas. Área de interesse: Sensoriamento remoto
Aprovada em:
Professor Dr. Fernando Shinji Kawakubo
Universidade Federal de Alfenas
Professora Dra. Rúbia Gomes Morato
Universidade Federal de Alfenas
Professor Dr. Éricson Hideki Hayakawa
Universidade Federal de Alfenas
Dedico aos meus pais, Eder e Luisa,
aos meus amigos e familiares
e todas as pessoas que amo.
Agradecimentos
À Universidade Federal de Alfenas por todas as oportunidades dadas, pela infra-estrutura e
pelo incentivo à produção acadêmica.
Ao Prof. Dr. Fernando Shinji Kawakubo pela orientação, conhecimentos transmitidos,
paciência e pela amizade.
Aos meus espetaculares e inseparáveis amigos Guilherme, Michel, Rodrigo, Eduardo, Rafael
e Bruno pelo companheirismo e apoio durante o desenvolvimento deste trabalho.
Aos agora amigos Prof. Dra. Rúbia Gomes Morato, Ao Prof. Dr. Éricson Hideki Hayakawa e
ao Prof. Dr. Paulo Henrique de Souza pelo apoio nas dúvidas, dedicação e pela amizade
criada.
“Ótimo é aquele que de si mesmo conhece todas as coisas;
Bom, é o que escuta os conselhos dos homens justos.
Mas o que por si não pensa, nem acolhe a sabedoria alheia,
Esse é, em verdade, uma criatura inútil.”
(Hesíodo, séc. IX a.C.)
RESUMO
A mineração é uma atividade de intensa degradação ambiental, porém imprescindível
para a economia nacional, já que os recursos vindos do interior da terra são a matéria prima
para nossa indústria além de apresentar grande valor comercial. O urânio tem (dentre varias
outras) uma função extremamente importante: geração de energia em usinas nucleares. A
exploração de urânio da mina da INB (Indústrias Nucleares do Brasil) em Caldas, sul de
Minas Gerais, para abastecimento de Angra 1 e desenvolvimento tecnológico, deu-se inicio
em 1982 sendo explorada até meados de 1995, quando foi desativada e entrou em processo de
descomissionamento, que é o desmantelamento de sua atividade mineradora e recuperação
das áreas degradadas.
Tal processo minerador deixou assim, visíveis consequências sobre o ambiente local,
implicando a necessidade de serem elaborados estudos que permitam um entendimento mais
abrangente do problema.
O presente estudo objetivou realizar o mapeamento da área degradada utilizando
técnicas de sensoriamento remoto e processamento digital de imagens para analisar o grau de
degradação atingido e auxiliar no planejamento ambiental futuro e programas de recuperação
da área.
A tecnologia do sensoriamento remoto tem sido extensivamente utilizada para a
caracterização e análise da cobertura vegetal em função do baixo custo da aquisição dos
dados, periodicidade e visão sinótica do ambiente, sendo assim, duas imagens adquiridas pelo
satélite Landsat-1 de 1975 Landsat-5 TM de 1989 e 2011 foram utilizadas, sendo pré
processadas para corrigir as distorções geométricas e radiométricas e em seguida, foram
realçadas e passaram pelo processo de retificação radiométrica com o objetivo de diminuir a
diferença de brilho entre imagens de diferentes datas. Por fim as imagens foram segmentadas
e classificadas no software livre SPRING. Os erros na classificação foram corrigidos no
software livre ILWIS.
A comparação da classificação revelou as transformações ocorridas ao longo dos
anos.
Os resultados demonstraram o iminente impacto causado pela mineradora, que deixou
diversos problemas, como uma grande cava de mina, bacias de rejeito, bota foras, dentre
outros e também a importância do sensoriamento remoto em estudos como estes, pois a
periodicidade que esta técnica permitiu analisar (1975, 1989 e 2011) gerou dados
comparativos, aumentando o nível de detalhe da pesquisa tanto quantitativamente quanto
qualitativamente.
Palavras Chave: Mineração, Sensoriamento Remoto, Meio ambiente, Degradação
Abstract
Mining is an activity of intense environmental degradation, but essential to the
national economy, given that the resources coming from the bowels of the earth are the raw
material for our industry as well as presenting a high commercial value.
Uranium has (among many others) an extremely important power generation from
nuclear plants. The exploration of uranium mine INB (Nuclear Industries of Brazil) in Caldas,
south of Minas Gerais, for the supply of Angra 1 and technological development was started
in 1982 and operated until mid-1995, when it was disabled and entered into decommissioning
process, which is dismantling its mining operations and rehabilitation of degraded areas.
This process miner left so visible consequences on the local environment, implying the
need for studies to elaborate a more comprehensive understanding of the problem.
This study aimed to perform the mapping of degraded areas using remote sensing and digital
image processing to analyze the degree of degradation achieved and assist in future
environmental planning and recovery programs in the area.
The technology of remote sensing has been extensively used for characterization and
analysis of vegetation cover due to the low cost of data acquisition, frequency and synoptic
view of the environment, so two images acquired by Landsat-1 of 1975 Landsat-5 TM 1989
and 2011 were used, and pre-processed to correct geometric distortions and radiometric and
then were highlighted and passed through the radiometric correction process in order to
decrease the brightness difference between images from different dates. Finally the images
were segmented and classified in the free software SPRING. The classification errors were
corrected in Ilwis free software.
The comparison of the classification revealed the changes that have occurred over the
years.
The results showed the impending impact of mining, which left several problems,
such as a large pit mine, tailings basins, lay outs, among others and the importance of remote
sensing in studies such as these, because the frequency that this technique allowed review
(1975, 1989 and 2011) comparative data generated by increasing the level of detail of the
research both quantitatively and qualitatively.
Keywords: Mining, Remote Sensing, Environment, Degradation.
SUMÁRIO
Introdução....................................................................11
Objetivos.......................................................................12
Justificativa...................................................................13
Área de estudo..............................................................14
Revisão de literatura....................................................15
Metodologia...................................................................17
Resultados e discussão..................................................21
Conclusões......................................................................27
Referências Bibliográficas............................................28
11
INTRODUÇÃO
Entende-se por degradação ambiental qualquer tipo de degeneração do ambiente local,
com alterações na dinâmica biofísica e perda da diversidade de fauna e flora da região.
Em regiões mineradoras a degradação ambiental se dá a partir de perda do solo,
erosão, assoreamento de corpos d’água próximos, poluição ( de diversos tipos como do ar,
água, solo, etc), e degradação da paisagem original, dentre outros.
Para segurança do ecossistema e da população envolvida, diversas técnicas permitem
avaliar e/ou monitorar o impacto que está sendo causado.
A desenvolvimento de novas tecnologias mostram-se extremamente eficazes em
aplicações ambientais, permitindo obter caracterizações mais minuciosas e avaliações mais
coerentes da área estudada com resultados mais satisfatórios.
Dentre estas tecnologias, destaca-se o Sensoriamento remoto, que consiste
basicamente em obter informações sobre alvos que se encontram na superfície terrestre sem
contato físico direto com os mesmos, geralmente através de sensores implantados em
satélites.
A tecnologia do sensoriamento remoto tem sido extensivamente utilizada para a
caracterização e análise da cobertura vegetal em função do baixo custo da aquisição dos
dados, periodicidade e visão sinótica do ambiente.
A exploração de urânio da mina da INB (Indústrias Nucleares do Brasil) deu-se
inicio em 1982 sendo o primeiro empreendimento de lavra e processamento de urânio a
operar no Brasil, sendo explorada até meados de 1995, quando foi fechada e entrou em
processo de descomissionamento após produzir cerca de 1300 toneladas de concentrado de
urânio.
Tal processo foi muito intenso e necessita de estudos que façam uma análise dos
impactos que esta atividade causou na região.
O estudo da degradação é importante porque as informações que foram levantadas
neste trabalho servirão de base para proposições de medidas que visem a recuperação destas
áreas degradadas e programas de planejamento ambiental, pois estes necessitam de uma
caracterização minuciosa do ambiente estudado.
12
OBJETIVOS
O presente trabalho teve como objetivo realizar o mapeamento da degradação
ambiental causado pela mineração de Caldas em 3 datas diferentes (1975, antes do início das
operações, 1989, durante o processo de mineração e 2011, já após o encerramento das
atividades mineradoras na região) utilizando a tecnologia do sensoriamento remoto em
conjunto com técnicas de processamento digital de imagens, para que num futuro próximo,
este estudo sirva de base para a proposição de medidas mitigadoras aos impactos causados no
local e para programas de planejamento e gestão ambiental.
13
Justificativa
Apesar de ser uma atividade extremamente degradante ao meio ambiente, a mineração
é fundamental para o desenvolvimento de um país, pois sem ela seria impossível a obtenção
de matéria prima para diversos setores da economia.
Sendo assim, cabe ao geógrafo a partir de todos os conhecimentos obtidos dentro da
sala de aula, produzir estudos para que em regiões mineradoras, a legislação ambiental
vigente seja minimamente respeitada para que não seja colocado em risco o bem estar e o
equilíbrio do local.
14
Área de estudo
A mina de urânio estudada está inserida no município de Caldas, sudoeste do estado
de Minas Gerais e encontra-se dentro do planalto de Poços de Caldas, como mostra a figura 1.
De acordo com o mais recente censo do IBGE (2010), o município tem uma população de
13.630 habitantes.
Figura 1- Localização da mina de Urânio, em Caldas, MG
FONTE: INPE
Na área de estudo deste trabalho foi realizado o inicio do desenvolvimento da
tecnologia do combustível nuclear no Brasil, com o objetivo de produção de energia elétrica
em Angra 1.
Com o objetivo de melhor aproveitar o minério de urânio, a lavra foi realizada a céu
aberto (figuras 2 e 3), o que causou uma ampla degradação do solo e da vegetação no local.
15
Figura 2 - Cava da mina a céu aberto da INB
Fonte: INB
Figura 3- Cava da mina a céu aberto
Fonte: INB
16
Revisão de literatura
Para o bom desenvolvimento deste projeto, foram utilizados alguns trabalhos
anteriormente desenvolvidos para que sirvam de base teórica para este novo estudo,
permitindo assim maior conhecimento sobre o tema a ser retratado e adquirindo experiência
no âmbito acadêmico com leituras técnicas.
Esta revisão bibliográfica retrata o tema de maneira dinâmica e crítica, auxiliando no
desenvolvimento de raciocínio utilizado neste estudo.
Os trabalhos analisados tem como principais características a abordagem do
sensoriamento remoto para estudos ambientais e processos metodológicos importantes que
foram utilizados como base para o desenvolvimento e aperfeiçoamento deste estudo.
REIS (2006), dentre as diversas tendências tecnológicas que cita para a exploração
mineral, destaca o Sensoriamento Remoto e os mapeamentos geológicos e ambientais como
sendo de extrema importância para estudos deste tipo, permitindo uma análise ampla das
áreas de estudo.
SPINOLA (2009), analisando a evolução espacial da mina de Brucutu, destaca a
importância das imagens multiespectrais obtidas por meio de sensoriamento remoto como um
meio eficaz para o estudo da expansão da atividade mineradora. Além de serem de fácil
aquisição, estas imagens permitem o monitoramento em curtos períodos de tempo das
atividades inseridas em um espaço.
ALMEIDA-FILHO e SHIMABUKURO (2009), analisaram por meio de imagens do
satélite Landsat TM a degradação do ambiente causada por garimpeiros de ouro em Roraima.
O trabalho permitiu verificar a dinâmica do uso do solo num intervalo de 8 anos através das
imagens multitemporais.
BERTOLDO (2007), analisa em seu trabalho de detalhamento do mapa de solos da
bacia hidrográfica do Ribeirão Fartura no município de Paraibuna-SP, que o sensoriamento
remoto e o geoprocessamento são ferramentas eficientes tanto em termos de economia de
tempo quanto de recursos para obter uma modelagem preliminar de solos e da quantificação
das áreas ocupadas por determinadas classes.
17
CLEMENTE, LEITE e LEITE (2010), utilizaram em seu trabalho o sensoriamento remoto
aliado a sistemas de informação geográfica para analisar a expansão da área de mineração em
Itabira, Minas Gerais, conseguindo êxito em seus propósitos e resultados satisfatórios na
divulgação de informações que auxiliam na conscientização do uso racional da natureza e
aplicações de política ambiental.
SHIMABUKURO, NOVO e PONZONI (1998), utilizaram em seu estudo as técnicas do
NDVI ( normalized diference vegetation índex) e da retificação radiométrica de HALL para
monitoramento ambiental da região do Pantanal. Este trabalho mostrou a eficiência e clareza
do método da retificação radiométrica.
MORATO, et. AL. (2011) utilizou composições coloridas multitemporais junto com a
retificação radiométrica de HALL para analisar a expansão urbana do município de Embu,
mostrando com grande qualidade a notoriedade de estudos multitemporais aplicados com a
técnica da retificação radiométrica.
18
Metodologia
Foram utilizadas Cartas topográficas da folha Caldas na escala 1: 50 000 do Instituto
Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), disponível em www.ibge.gov.br e imagens
descritas na tabela abaixo:
Tabela 1- Imagens utilizadas
Satélite Sensor Data Bandas Órbita Ponto
Landsat 1 MSS Maio/1975 4, 5 e 7 235 075
Landsat 5 TM Julho/1989 1,2,3,4,5, e
7
219 075
Landsat 5 TM Maio/2011 1,2,3,4,5, e
7
219 075
O processamento digital das imagens deu-se inicio com a aquisição das imagens pelo
endereço digital do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais: www.dsr.inpe.br. Após a
obtenção gratuita das imagens, foram necessárias as aplicações de algumas etapas básicas de
processamento digital de imagens.
O primeiro processo aplicado foi o recorte das imagens para que estas pudessem
demonstrar de forma mais clara a área a ser estudada e para que fossem eliminadas áreas sem
interesse para o estudo. Como foram de realçar os alvos nas imagens, foi aplicado o aumento
linear de contraste, que é a redistribuição dos valores dos pixels no histograma de maneira
linear, aumentando assim o número de níveis de cinza, e conseqüentemente, aumentando a
qualidade de visualização da imagem. Para melhorar a identificação dos objetos presentes nas
imagens, foram geradas composições coloridas utilizando filtros em RGB (Red, Green, Blue).
Por conseguinte, foi realizada a correção geométrica das imagens, que buscou
compatibilizar a imagem em relação a um plano cartográfico. A correção geométrica foi feita
a partir da identificação de pontos de controle tanto na imagem quanto na base, que deve estar
perfeitamente estruturada com um sistema de coordenadas. No caso das imagens mais antigas,
(MSS de 1975), o georreferenciamento foi feito a partir de registro de imagens, que consiste
em georreferenciá-las dotando-se como base imagens mais recentes que já estavam
geométricamente corrigidas. Para finalizar o procedimento, realizou-se a reamostragem das
imagens utilizando o interpolador vizinho mais próximo como tamanho do pixel de 30
19
metros. Com este procedimento, a imagem de 1975 que apresentava 79m de resolução
espacial passou a apresentar 30m, este fato não apresenta perda ou ganho de resolução, porém
padroniza as imagens, para que todas apresentem a mesma resolução, (30m).
Para obter melhores resultados nas análises multitemporais, foi realizado o processo de
retificação radiométrica de HALL et al. (1991,). O objetivo da retificação radiométrica
consiste em padronizar a radiometria das imagens adotando como referência, pixels claros e
escuros que não mudaram ao longo do tempo coletados nas diferentes imagens.. A aplicação
do processo da retificação radiométrica se dá a partir da aplicação da seguinte transformação
linear :
T = m*x + b
onde:
T = valor da imagem retificada;
x = valor da imagem original;
m = (Br – Dr)/(Bs – Ds);
b = (Dr * Bs – Ds *Br) / (Bs – Ds)
e onde:
Br = média do conjunto de referência clara;
Dr = média do conjunto de referência escura;
Bs = média do conjunto claro a ser retificado;
Ds = média do conjunto escuro a ser retificado.
A imagem adotada como referencia foi a de 2011, pelo fato de que esta é a imagem
mais recente obtida no estudo e por tendência apresentar maior qualidade. O resultado da
retificação radiométrica são imagens com menores diferenças de brilho entre diferentes datas.
A tabela 1 ilustra os valores obtidos através da retificação radiométrica.
20
Tabela 1. valores obtidos na retificação radiométrica.
A partir da análise desta tabela é possível identificar que os valores das imagens
submetidas à retificação são próximos dos valores das imagens referência. Isto é um
indicativo de que o procedimento de retificação radiométrica foi bem sucedido
Para a imagem de 1975 não foi possível realizar o processo da retificação radiométrica
devido à sua baixa qualidade, não permitindo que fossem adquiridas amostras confiáveis de
áreas em que não houve alteração durante os anos.
Para a geração do produto final (mapas de usos da terra e cobertura vegetal), foi
utilizado o processo de segmentação de imagens disponível no software livre SPRING,
também do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (disponível em
dpi.inpe.br/spring/portugues/download.php). O processo de segmentação consiste em dividir a
imagem em regiões homogêneas. O SPRING adota o método denominado de crescimento de
regiões para dividir a imagem. Neste método, dois limiares, o de similaridade e de área são
definidos pelo usuário. A definição destes limiares foi feito de maneira interativa, adotando-se
diferentes valores até adquirir uma imagem com particionamento considerado satisfatório por
modo visual. O processo se repetiu para todas as datas analisadas, tendo como limiares da
imagem de 1989 similaridade 28 e área 30 e para a imagem de 2011 similaridade 19 e área 18
.
Após a segmentação, as regiões foram agrupadas com o classificador não-
supervisionado por regiões batizado de ISOSEG (Bins et al. 1996). O ISOSEG é um
algoritmo de agrupamento de dados não-supervisionado aplicado sobre o conjunto de regiões,
que por sua vez são caracterizados por seus atributos estatísticos de média e matriz de
covariância e também pela sua área (INPE, 2009).
21
Para o agrupamento das regiões, o ISOSEG adota um limiar expresso em
porcentagem. O SPRING possui implementado dentro de sua estrutura 4 limiares de aceitação
(75%, 90%, 95% e 99,9%). Quanto maior o limiar adotado, mais generalizado é o
agrupamento. Sendo assim para a imagem de 1989 foi utilizado o limiar de 75% e para a
imagem de 2011 o limiar de 90%. Os limiares são escolhidos a partir de identificação visual
de qual apresenta maior qualidade.
A última etapa da classificação é a rotulação dos clusters gerados pelo algoritmo não-
supervisionado. A identificação é feita visualmente, na tela do computador, utilizando como
referência uma composição colorida 5R4G3B, relacionando os objetos encontrados nas
imagens com as classes identificadas (pastagem, solo exposto, agricultura, área antrópica,
silvicultura água etc.
Por fim, os erros encontrados na classificação foram editados no software livre ILWIS,
após o processo de poligonização do arquivo, que foi exportado desde o spring na forma de
raster.
Ainda no ILWIS, foi realizada também a classificação da imagem de 1975, e o método
escolhido foi o supervisionado com o classificador MaxVer (máxima verossimilhança), que
classifica a imagem considerando a ponderação das distâncias entre a média dos níveis
digitais de cada classe definida na classificação, sendo gerado assim o mapa de uso do solo e
cobertura vegetal para esta data.
22
Resultados e discussão
Como resultados práticos, foram produzidos três mapas de uso e ocupação da área da
mina de Urânio das Industrias Nucleares do Brasil (INB), em Caldas, com o objetivo de se
produzir uma análise multitemporal da degradação do solo e da vegetação no local causados
pelo processo minerador.
A partir dos mapas de uso e ocupação gerados das datas de 1975, 1989 e 2011 foi
possível fazer uma análise comparativa entre imagens de antes do funcionamento, durante a
extração e após o fechamento da mina, demonstrando o grave problema ambiental que ainda
existe na área estudada.
A série temporal mostrou um padrão de degradação, onde na imagem de 1975 (figura
4) é possível identificar que nesta data é onde o meio ambiente local está mais preservado
apresentando diversas áreas de mata e campos ainda conservados, áreas pontuais de produção
agrícola, pequenas áreas de pastagens e pouquíssimas áreas de solo exposto.
Na imagem de 1989 (figura 5), já se observa uma grande degradação do solo e da mata
que outrora era abundante causada pela instauração da mina, já podendo ser identificada a
cava da mina e as instalações físicas da INB. Nesta imagem observa-se também a construção
de represas pela INB, além de o aparecimento de áreas de silvicultura, substituindo assim
algumas áreas de mata que restaram.
Por fim podemos notar na imagem de 2011 (figura 6) um acelerado processo de
degradação ambiental ao longo das dependências da INB, com especial atenção a cava da
mina, pois é onde acontecem os processos mais danosos ao ambiente como a lixiviação.
Outra significativa mudança é a evidente degradação da vegetação nativa do local,
sendo substituída por grandes porções de pastagens, áreas agrícolas e grandes áreas de
silvicultura, não somente no entorno da mina, mas em toda a imagem.
Todos os problemas citados são extremamente danosos ao meio ambiente, pois mesmo
após o fechamento da mina e o encerramento de suas atividades, se não forem monitorados e
se providências não foram tomadas, podem causar grandes transtornos ao ambiente local.
Dentre os principais problemas acarretados pela degradação da vegetação e do solo no local,
podemos citar: a ação do intemperismo sobre a mina a céu aberto pode desencadear o
23
processo de lixiviação das rochas ali presentes, causando acidificação das águas no local,
liberando os metais presentes nestas rochas; os bota-foras causam risco de assoreamento,
podendo contaminar rios e corpos d água próximos; além da evidente deterioração do solo e
degradação da vegetação locais, não só pela mineração em sim, mais também para a
instalação da infra estrutura existente no local.
24
Figura 4- Mapa de uso e ocupação do solo de 1975
Fonte: INPE
25
Figura 5 - Mapa de uso e ocupação do solo de 1989
Fonte: INPE
26
Figura 6 - Mapa de uso e ocupação do solo de 2011
Fonte: INPE
27
Conclusões
O presente trabalho de conclusão de curso conseguiu demonstrar a eficácia do
sensoriamento remoto e suas ferramentas para a realização de estudos ambientais,
conseguindo êxito total em produzir uma análise multitemporal da degradação do solo e da
vegetação ao entorno da mina de urânio em Caldas, MG.
Outro fato que evidencia a eficácia do sensoriamento remoto foi que a retificação
radiométrica se demonstrou extremamente eficiente na proposição de diminuir a diferença de
brilho entre as imagens, permitindo uma melhor qualidade de visualização das mesmas e
conseqüente melhor classificação, gerando assim mapas com alta confiabilidade.
Por fim foi notável que a geração dos mapas de uso e ocupação do solo podem e
devem auxiliar proposições de planejamento e recuperação da área degradada, pois com estes
produtos é possível determinar uma caracterização da área, necessária para qualquer estudo
deste tipo.
28
Referências Bibliográficas
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TM time series for mapping and monitoring degraded areas caused by independent gold
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Brasília, v.33, Número Especial, p.1729-1737, out. 1998
"SPRING: Integrating remote sensing and GIS by object-oriented data modelling" Camara G,
Souza RCM, Freitas UM, Garrido J.
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