aula_1_pmg

GeofGeofsicasica

MMtodos Eltodos Elctricos ctricos (ou Geoel(ou Geoeltricos)tricos)AntAntnio Carlos nio Carlos GalhanoGalhanoacagacag@@fct.unl.ptfct.unl.pt

Materiais para estudoMateriais para estudo

Artigo do Colorado Artigo do Colorado SchoolSchool of Mines (PDF ou of Mines (PDF ou online)online)

Apostila da Unesp de Rio Claro (Prof. Apostila da Unesp de Rio Claro (Prof. Antonio Celso O. Braga)Antonio Celso O. Braga)

Apostila do Berkeley Apostila do Berkeley CourseCourse (PDF ou online)(PDF ou online) Materiais extras (slideMateriais extras (slide--show, aplicashow, aplicaes)es) Livros: Livros: TelfordTelford, Mares, , Mares, ParasnisParasnis ArtigosArtigos

MMtodos Geoeltodos Geoeltricostricos

Resistividade elctrica (DC)

Polarizao induzida (IP)

Potencial espontneo (SP)

Eletromagnetismo (EM)

Radar de penetrao (GPR)

Magnetotelrico

Resistividade elResistividade elctricactrica

VariaVariao de V em funo de V em funo de to de t

Potencial naturalPotencial natural

CondutividadeCondutividade

Constante Constante dieldieltricatrica/permissividade/permissividade

AplicaAplicaes es (artigos publicados no Brasil)(artigos publicados no Brasil)

Geologia bGeologia bsicasica

HidrogeologiaHidrogeologia

GeotecniaGeotecnia

Geologia ambientalGeologia ambiental

VantagensVantagens

Baixo custoBaixo custo

Conceitos fConceitos fsicos sicos fundamentaisfundamentais

Resistncia (R)Resistncia (R)

Resistividade (Resistividade ())

Lei de Ohm (V = R x I)Lei de Ohm (V = R x I)

Potencial elPotencial eltrico (P)trico (P)

Condutividade (Condutividade ())

Constante dielConstante dieltrica (trica ())

Conceitos fConceitos fsicos bsicos bsicossicosMMtodo do Potencial todo do Potencial Espontneo (SP)Espontneo (SP)

Nalgumas situaNalgumas situaes, es, posspossvel medir vel medir diferendiferenas de potenciais entre dois as de potenciais entre dois elelctrodos introduzidos no terreno, entre ctrodos introduzidos no terreno, entre alguns alguns milivoltsmilivolts atat dezenas de dezenas de milivoltsmilivolts

Esta anomalia Esta anomalia geralmente devida geralmente devida presenpresena de condutores (sulfuretos a de condutores (sulfuretos macimacios) no caso de prospecos) no caso de prospeco mineira.o mineira.

Nos casos de engenharia ambiental Nos casos de engenharia ambiental estudo do movimento de estudo do movimento de guas guas subsuperficiaissubsuperficiais

Conceitos fConceitos fsicos bsicos bsicossicos Base teBase terica formalrica formal

Base teBase terica formalrica formal Base teBase terica formalrica formal

3.5 x 10^2 - 5 x 10^3Dolomites

10 - 1.3 x 10^7Basaltos

1 x 10^3 - 1 x 10^6Gabros

20 - 2 x 10^3Xistos

1 - 6.4 x 10^8Arenitos

50 - 1 x 10^7Calcrios

20 - 5 x 10^7Diabases

0.2gua Salgada

0.5 - 300gua Doce

9 x 10^12 - 1 x 10^14Mica

30 - 1 x 10^13Sal-gema / Halite

2 x 10^12Calcite

4 x 10^10 - 2 x 10^14Quartzo

1.5 - 1 x 10^7Esfalerite

3 x 10^-5 - 3 x 10^2Galena

2.9 x 10^-5 - 1.5Pirite

~ ???Ar

Resistividade (Ohm.metro) Material Resistividade de alguns Resistividade de alguns metaismetais

Resistividade de rochas e solosResistividade de rochas e solos

Campos, 2004.

Questes:Questes:

Se a maioria dos minerais e rochas Se a maioria dos minerais e rochas possui resistividade to alta, como se possui resistividade to alta, como se podem utilizar mpodem utilizar mtodos eltodos elctricos, ou ctricos, ou seja, baseados em corrente elseja, baseados em corrente eltrica?trica?

O que pode influenciar os valores de O que pode influenciar os valores de resistividade nas rochas e solos?resistividade nas rochas e solos?

Influncias na resistividadeInfluncias na resistividade

PorosidadePorosidade

FraturaFraturaoo

PresenPresena de a de guagua

PresenPresena de minerais condutivos a de minerais condutivos (>10%)(>10%)

Vide detalhes na Apostila de Berkeley: http://appliedgeophysics.berkeley.edu:7057/dc/index.html

Trabalho de CampoTrabalho de Campo

Fonte: http://www.eeescience.utoledo.edu/research/geophysics/dsweb27.htm

TTcnicas de Campocnicas de Campo

Sondagem vertical (SEV)Sondagem vertical (SEV) centro de arranjo dos elcentro de arranjo dos elctrodos permanece fixoctrodos permanece fixo InformaInformao pontual com variao pontual com variao da profundidade o da profundidade

(vertical)(vertical)

Perfil de resistividade (PR)Perfil de resistividade (PR) centro de arranjo que se desloca na superfcentro de arranjo que se desloca na superfcie do terreno cie do terreno

ao longo do ensaioao longo do ensaio Estudo da variaEstudo da variao lateral (horizontal) da resistividade a o lateral (horizontal) da resistividade a

uma determinada profundidadeuma determinada profundidade

Sucesso de perfis e rectngulos de resistividades Sucesso de perfis e rectngulos de resistividades (RR)(RR)

Resistividade ElResistividade Elctricactrica

http://www.bgr.bund.de/cln_030/nn_461220/EN/Themen/GG__Geophysik/Methoden/Geoelektrik/geoelektrik__bild2__en.htm l

Resistividade ElResistividade Elctricactrica

Fonte: http://www.iag.usp.br/siae98/geofisica/geofmetodos.htm

Sondagem ElSondagem Elctrica ctrica VerticalVertical

Dispositivo Dispositivo SchlumbergerSchlumberger Superior em aplicabilidade e qualidade Superior em aplicabilidade e qualidade

dos resultadosdos resultados bastante utilizadobastante utilizado mais prmais prtico no campo tico no campo deslocamento deslocamento

de apenas dois eletrodosde apenas dois eletrodos menos interferncia de rumenos interferncia de rudosdos

Dispositivo Dispositivo WennerWenner

Conceitos fConceitos fsicos bsicos bsicossicos

Com valores de V e I podeCom valores de V e I pode--se medir a se medir a resistncia elresistncia elctrica mas...ctrica mas...

A resistncia depende das dimenses A resistncia depende das dimenses do objeto condutor (do objeto condutor (rea e rea e comprimento)comprimento)

Precisamos de uma grandeza que no Precisamos de uma grandeza que no dependa disso = resistividadedependa disso = resistividade

ResistividadeResistividade

A resistividade vai depender:A resistividade vai depender:

da natureza e do estado fda natureza e do estado fsico do materialsico do material

ResistividadeResistividade

Factores que influenciam na resistividade Factores que influenciam na resistividade dos materiais litoldos materiais litolgicos:gicos: resistividade dos minerais que formam a parte resistividade dos minerais que formam a parte

sslida da rocha;lida da rocha; resistividade dos lresistividade dos lquidos e gases que quidos e gases que

preenchem os seus poros;preenchem os seus poros; Humidade da rocha;Humidade da rocha; porosidade da rocha;porosidade da rocha; textura e forma de distribuitextura e forma de distribuio dos seus poros;o dos seus poros; processos que ocorrem no contacto dos lprocessos que ocorrem no contacto dos lquidos quidos

com a estrutura mineral (adsorcom a estrutura mineral (adsoro de ies)o de ies) Mantendo-se a corrente constante, a resistncia aumenta conforme aumenta o caminho percorrido pela corrente e a voltagem cresce

O que acontece se medir a tenso V com condutores muito prximos?

Por que no posso acoplar o voltmetro no mesmo circuito dos terminais de corrente?

Voltmetro deve ter alta impedncia, para passar pouca corrente.

Deduo: vide apostila de Braga (Unesp) p. 10

Notem que temos que ter, neste caso, quatro condutores ou elctrodos, cravados no solo:

Dois ELCTRODOS de corrente (A e B) e

Dois ELCTRODOS de potencial (M e N)

ElElctrodos de correntectrodos de corrente

Voltagem entre os elctrodos de potencial pequena.

Poderia ser aumentada se eles se afastassem mas...

Os elctrodos de potencial no podem ficar muito prximos dos elctrodos de corrente, para minimizar os RUDOS.

Resistividade aparenteResistividade aparente

Deduo: vide artigo de Braga (Unesp) p. 12 e 13

UNIDADE: Ohm.m

Resistividade aparenteResistividade aparente

Por qu RESISTIVIDADE APARENTE?

RuRudosdos

PolarizaPolarizao dos elo dos elctrodosctrodos PresenPresena de condutoresa de condutores Baixa resistncia da superfBaixa resistncia da superfciecie Geologia e topologia nas proximidades Geologia e topologia nas proximidades

dos eldos elctrodosctrodos Corrente induzida nos cabos de mediCorrente induzida nos cabos de medioo

Dispositivo Dispositivo WennerWenner

Dispositivo Dispositivo SchlumbergerSchlumbergerComparaComparao entre os o entre os mmtodostodos

Ver p. 22 do Braga (Unesp)Ver p. 22 do Braga (Unesp)

SEV SEV Dispositivo de Dispositivo de campo (campo (SchlumbergerSchlumberger))

Identificar o local exacto de centro da Identificar o local exacto de centro da sondagem (estaca com o n. da sondagem (estaca com o n. da sondagem)sondagem)

VaiVai--se ento variando as distncias dos se ento variando as distncias dos elelctrodos de corrente (resistividade x ctrodos de corrente (resistividade x profundidade)profundidade)

GrGrficos ficos bibi--loglog

SEV SEV Arranjo de campoArranjo de campo

Mostrar slideMostrar slide--showshow

OperaOperao o embraiagemembraiagem

Os valores de Os valores de V diminuem V diminuem rapidamente com o aumento de ABrapidamente com o aumento de AB

Para isso aumentaPara isso aumenta--se o valor de se o valor de V V aumentandoaumentando--se a separase a separao MN, o MN, mantendomantendo--se fixo o espase fixo o espaamento amento

PassaPassa--se se prprxima posixima posio AB e o AB e realizarealiza--se novamente as medidas com se novamente as medidas com as mesmas posias mesmas posies MN anterioreses MN anteriores

Vide artigo Braga (Unesp) p. 77

Curva tCurva tpica de dados pica de dados obtidosobtidos

Vide artigo de Braga (Unesp) p. 26Vide artigo de Braga (Unesp) p. 26

Processo de interpretaProcesso de interpretaoo

DistribuiDistribuio espacial dos parmetros fo espacial dos parmetros fsicos sicos no subsolo (mno subsolo (mtodo do ajuste de curvas) todo do ajuste de curvas) softwaressoftwares

Determinar o significado geolDeterminar o significado geolgico de tais gico de tais parmetros parmetros envolvendo muita experincia envolvendo muita experincia do intdo intrpreterprete

CorrelaCorrelaes por estratificaes por estratificaoo Levar em consideraLevar em considerao morfologia e o morfologia e

geologia da geologia da rea (vide p. 27 rea (vide p. 27 BragaBraga--Unesp)Unesp)


Coluna Coluna geoelgeoelctricactrica (ver artigo em (ver artigo em espanholespanhol--SEVSEV)) SecSeco o geoelgeoelctricactrica NNveis veis geoelgeoelctricosctricos + geologia da + geologia da rea rea

= estratos = estratos geoelgeoelctricosctricos No hNo h correspondncia exacta entre correspondncia exacta entre

tipos litoltipos litolgicos e estratos gicos e estratos geoelgeoelctricosctricos


AnAnlise morfollise morfolgicagica DefiniDefinio qualitativa do modelo o qualitativa do modelo

geoelgeoelctricoctrico da da rea estudadarea estudada Deve ser feita de maneira visual com Deve ser feita de maneira visual com

todas as SEVtodas as SEVs em conjuntos em conjunto

Modelo Modelo geoelgeoelctricoctrico finalfinal Entendimento da geologia local em Entendimento da geologia local em

termos estratigrtermos estratigrficosficos Necessidade de outros dadosNecessidade de outros dados

Exemplos de aplicaExemplos de aplicao o (artigos brasileiros)(artigos brasileiros)

Gallas, J. D. F.; Taioli, F.; Malagutti Filho, W.; Prado, R. L. & Dourado, J. C. Mtodos e tcnicas geoeltricasrasas na delimitao de rea afetada por ruptura em teto de tnel urbano. Rev. Bras. Geof., Vol. 19(1), 2001.

Khesin, B. Use of geophysical methods for the solution of environmental problems in Israel. Hait J. of Sci. and Engineering B, vol. 2, Issues 1-2, pp. 95-124, 2005.

Porsani, J. L.; Hiodo, F. Y. & Elis, V. R. Investigaes geofsicas em rochas granticas no municpio de Itu, So Paulo Brasil. Revista Brasileira de Geofsica, Vol. 20 (1), 2002..

GallasGallas etet al., 2001al., 2001

Este trabalho apresenta um uso da geofEste trabalho apresenta um uso da geofsica sica aplicada numa situaaplicada numa situao de ambiente urbano. O o de ambiente urbano. O objetivo dos levantamentos foi o de delimitar a objetivo dos levantamentos foi o de delimitar a extenso da zona afectada por um colapso e extenso da zona afectada por um colapso e desmoronamento do tecto de um tdesmoronamento do tecto de um tnel em nel em construconstruo sob o Parque do Ibirapuera na capital o sob o Parque do Ibirapuera na capital paulista. So descritos e apresentados os paulista. So descritos e apresentados os resultados obtidos atravresultados obtidos atravs do emprego dos s do emprego dos mmtodos geoftodos geofsicos sicos geoelgeoelctricosctricos e suas te suas tcnicas, cnicas, numa situanuma situao de emergncia e de risco numa o de emergncia e de risco numa rea urbana na cidade de So Paulo. Tambrea urbana na cidade de So Paulo. Tambm m so comparadas as tso comparadas as tcnicas/dispositivos de cnicas/dispositivos de campo e a forma de apresentacampo e a forma de apresentao e o e interpretainterpretao dos mesmos.o dos mesmos.


Os mOs mtodos empregues foram a Resistividade todos empregues foram a Resistividade ElElctrica, Polarizactrica, Polarizao Induzida (IP) e o Induzida (IP) e Potencial Espontneo (SP). Os trabalhos de Potencial Espontneo (SP). Os trabalhos de campo e interpretacampo e interpretao preliminar foram o preliminar foram efectuados em apenas um fim de semana efectuados em apenas um fim de semana (s(sbado e domingo). Os resultados bado e domingo). Os resultados mostrarammostraram--se plenamente satisfatse plenamente satisfatrios e rios e possibilitaram significativa redupossibilitaram significativa reduo nos o nos custos nas obras de remedeio da custos nas obras de remedeio da rea do rea do incidente, que decresceu da inicialmente incidente, que decresceu da inicialmente estimada pela engenharia (20x20 m) para estimada pela engenharia (20x20 m) para 3x5 m definida pelos estudos geof3x5 m definida pelos estudos geofsicos.sicos.


TTcnica do PR (Perfil de Resistividade) cnica do PR (Perfil de Resistividade) dispositivo Dipolodispositivo Dipolo--Dipolo e Gradiente Dipolo e Gradiente verificar verificar extenso.extenso.

O levantamento SP mostrou boa definiO levantamento SP mostrou boa definio no o no sentido de cartografar a porsentido de cartografar a poro do terreno o do terreno afectada nos parmetros porosidades/ afectada nos parmetros porosidades/ /permeabilidades. A Polariza/permeabilidades. A Polarizao Induzida indicou o Induzida indicou que as porque as pores do terreno afectadas pelo colapso es do terreno afectadas pelo colapso apresentam valores de condutividade aparente apresentam valores de condutividade aparente mais elevados. As medidas de resistividade mais elevados. As medidas de resistividade indicaram e mapearam o local do colapso e as indicaram e mapearam o local do colapso e as imediaimediaes atingidas pelo mesmo, atraves atingidas pelo mesmo, atravs de s de valores mais baixos de resistividade aparente.valores mais baixos de resistividade aparente.(p. 42)(p. 42)

InvestigaInvestigaes geofes geofsicas foram realizadas sobre a sicas foram realizadas sobre a FormaFormao Grano Grantica de Itu, localizada prtica de Itu, localizada prximo ximo da cidade de Itu, Estado de So Pauloda cidade de Itu, Estado de So Paulo--Brasil, Brasil, com o objetivo de localizar zonas de fracturas com o objetivo de localizar zonas de fracturas nas rochas grannas rochas granticas e determinar o topo da ticas e determinar o topo da rocha s, atravrocha s, atravs da integras da integrao dos mo dos mtodos todos GPRGPR--GroundGround PenetratingPenetrating Radar e Resistividade Radar e Resistividade ElElctrica. Os perfis geofctrica. Os perfis geofsicos foram realizados sicos foram realizados sobre uma mesma linha para estudos sobre uma mesma linha para estudos comparativos entre estas duas metodologias, comparativos entre estas duas metodologias, com a filosofia de interpretacom a filosofia de interpretao integrada. Um o integrada. Um perfil GPR de 80m foi adquirido com as perfil GPR de 80m foi adquirido com as antenas de 50, 100 e 200 MHz, alantenas de 50, 100 e 200 MHz, alm de dois m de dois perfis de resistividades com dipolos de 2 e perfis de resistividades com dipolos de 2 e 10m. 10m.

PorsaniPorsani etet al., 2002al., 2002

As anAs anlises dos perfis geoflises dos perfis geofsicos permitiram identificar sicos permitiram identificar dois fortes reflectores inclinados: um em torno de dois fortes reflectores inclinados: um em torno de 10m de profundidade, interpretado como fracturas 10m de profundidade, interpretado como fracturas preenchidas com preenchidas com gua e o outro entre 12 e 17m de gua e o outro entre 12 e 17m de profundidade, que corresponde a uma regio profundidade, que corresponde a uma regio resistiva inclinando depois 15m de profundidade, resistiva inclinando depois 15m de profundidade, interpretada como o topo da rocha graninterpretada como o topo da rocha grantica s. tica s. AlAlm disso, duas regies anm disso, duas regies anmalas foram malas foram identificadas: uma em torno de 50m e a outra em identificadas: uma em torno de 50m e a outra em torno de 80m. Nos perfis GPR, essas regies so torno de 80m. Nos perfis GPR, essas regies so caracterizadas por uma regio sem refletores, devido caracterizadas por uma regio sem refletores, devido elevada atenuaelevada atenuao das ondas eletromagno das ondas eletromagnticas. ticas. Nos perfis elNos perfis elctricos, essas regies correspondem ctricos, essas regies correspondem s s regies condutoras que podem estar relacionadas regies condutoras que podem estar relacionadas com a presencom a presena de uma fractura a de uma fractura subverticalsubvertical..

PorsaniPorsani etet al., 2002al., 2002

SEV SEV ProgramaProgramaoo

Quais so os objetivos propostos do Quais so os objetivos propostos do trabalho (tipos geoltrabalho (tipos geolgicos a serem gicos a serem estudados, profundidade a ser atingida estudados, profundidade a ser atingida etc.)etc.)

Especificar quais as formaEspecificar quais as formaes e es e estruturas geolestruturas geolgicas a investigargicas a investigar

Visita prVisita prvia ao localvia ao local


Dispor previamente de dados sobre o local:Dispor previamente de dados sobre o local: Mapas topogrMapas topogrficos, ficos, mapas e secmapas e seces geoles geolgicas, gicas, informainformaes da subes da sub--superfsuperfcie,cie, InfraInfra--estrutura local (instalaestrutura local (instalaes, rede eles, rede elctrica, ctrica,

rios etc.rios etc.

Topografia localTopografia local InclinaInclinaes muito acentuadases muito acentuadas Pequenas depresses Pequenas depresses


Densidade dos ensaiosDensidade dos ensaios Distncia mDistncia mxima entre as separaxima entre as separaes es

deve ser igual a duas vezes a deve ser igual a duas vezes a profundidade desejadaprofundidade desejada

Escolha do local do centro da SEVEscolha do local do centro da SEV DirecDireco das linhas AMNB o das linhas AMNB paralelas paralelas

estrutura geolestrutura geolgica, menos variagica, menos variaes es topogrtopogrficasficas


CravaCravao dos elo dos elctrodosctrodos Problema: resistncia de contactos Problema: resistncia de contactos

elevada; polarizaelevada; polarizao nos M e No nos M e N Medidas prMedidas prticas (para elticas (para elctrodos A e B):ctrodos A e B):

Aprofundar os elAprofundar os elctrodos no soloctrodos no solo Saturar o local com Saturar o local com gua salgadagua salgada

Vide artigo de Braga (Unesp) p. 72-73

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