mapeamento do campo experimental de geofísica da feup...

Novembro de 2013

Unidade curricular projeto FEUP

Mapeamento do Campo

Experimental de Geofísica da

FEUP pelo método da

resistividade elétrica

Grupo EMM12

Ana Sofia Gorito ([email protected])

Guilherme Prata ([email protected])

João Silva ([email protected])

Evandro Miguel ([email protected])

Paulo Carvalho ([email protected])

Ricardo Guedes ([email protected])

Soraia Lopes ([email protected])

Supervisores: Alexandre Leite, Feliciano Rodrigues, Jorge Carvalho

Monitor: José Pedro Gomes

Qual a distribuição dos valores da resistividade aparente no CEG, a diferentes

profundidades?

Projeto FEUP [FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO]

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Resumo

Este relatório tem como objetivo apresentar o método da resistividade

elétrica que constitui um método indireto, de grande credibilidade, para o estudo do

interior da geosfera. Para tal, efetuaram-se medições no campo geotécnico da FEUP

para medir os níveis de resistividade do solo em diferentes locais e a partir daí

avaliar as características do mesmo.

O relatório fará referência ao trabalho experimental e a todos os

conhecimentos que adquirimos.

Palavras-chave:

Geofísica; Método da resistividade; Resistividade elétrica; Resistivímetro;


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Agradecimentos

Agradecemos aos supervisores Alexandre Leite, Feliciano Rodrigues e Jorge

Carvalho, e ao nosso monitor José Pedro Gomes pela disponibilidade e apoio

prestados durante toda a unidade curricular.


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Índice

Agradecimentos .................................................................................. 2

1. Introdução ................................................................................... 4

2. Métodos indiretos VS métodos diretos ................................................... 6

2.1. Métodos Geofísicos .................................................................... 6

2.1.1. Método da resistividade elétrica ............................................... 7

3. Trabalho de Campo ...................................................................... 111

3.1. Material: ............................................................................. 111

3.2. Procedimento: ........................................................................ 11

4. Resultados .................................................................................. 14

5. Discussão e conclusão ..................................................................... 16

6. Bibliografia ................................................................................. 17

7. Anexos ....................................................................................... 18

7.1. Tabela dos dados ..................................................................... 18

7.2. Exemplo de cálculo: ................................................................. 20


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1. Introdução

Este trabalho foi realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP,

atividade incluída no plano de estudos dos alunos do primeiro ano, realizando-se no

primeiro semestre na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, FEUP.

Ao nosso grupo EMM12 foi-nos atribuído o mapeamento do campo

experimental de Geofísica (CEG) da FEUP pelo método da resistividade elétrica.

Neste trabalho apresentamos e utilizamos o conceito de resistividade, através de

diferentes tipos de prospeção geoelétrica (geofísica), passando por alguns exemplos,

numa tentativa de mostrar aos alunos, em especial do primeiro ano, a importância

deste trabalho ao nível da integração e da ambientação a um novo grau de exigência

no seu processo escolar.

Enquanto alunos do primeiro ano da FEUP, a realização deste trabalho

suscitou-nos grande interesse. Derivado ao facto de termos entrado nesta “nova

atmosfera”, totalmente diferente, são-nos impostos um conjunto variado de

estímulos que poderão pôr em causa o nosso sucesso nesta nova etapa. Por isso, a

realização deste projeto demonstrou o maior dos sentidos, pois com ele foi-nos

possível a integração na nossa nova casa, o regresso ao ritmo energético da vida

estudantil, perceber a exigência da universidade e por fim trabalhar em grupo e com

esse contacto a criação de novas amizades.

Para a realização deste trabalho pretendia-se que cada uma das 8 equipas

levasse a cabo uma aprendizagem expedita do método geofísico da resistividade

elétrica, para com isso proceder ao reconhecimento e caracterização dos terrenos.

Para esta caracterização foi realizado um levantamento de dados pelo referido

método, utilizando a configuração electródica de Schlumberger com diferentes

espaçamentos entre elétrodos de corrente e potencial, definida para cada equipa,

numa área de 200 m2 no Campo Experimental de Geofísica (CEG) da FEUP.

Numa tentativa de enriquecimento da transmissão de conhecimento,

decidimos oferecer informações mais abrangentes de forma a englobar todo o

conjunto de dados recolhidos neste estudo, tentando com isso que houvesse uma

maior compreensão do objetivo do trabalho.


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Em suma, o principal objetivo desta atividade, com uma forte componente de

trabalho de campo, consiste em produzir representações gráficas esclarecedoras da

distribuição dos valores da isoresistividade aparente no terreno investigado, em

retirar ilações e apresentar todos os resultados neste relatório.


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2. Métodos indiretos VS métodos diretos

O conhecimento do interior da Terra desde cedo foi uma grande preocupação

dos cientistas.

Para o estudo do interior da geosfera são utilizados vários métodos, diretos e

indiretos, que, embora estejam restringidos a uma pequena porção de Terra em

profundidade, têm dado importantes informações acerca da atividade interior desta.

Os métodos diretos têm por base a exploração e observação da geosfera.

Existem, por exemplo, as sondagens, que são estudos a dimensões mais profundas em

consequência das perfurações que se realizam para o efeito, o estudo de

afloramentos rochosos, grutas e minas e a análise dos materias expelidos pelos

vulcões.

Os métodos indiretos assentam na observação de fenómenos que ocorrem no

interior da Terra e se refletem há superfície (como por exemplo a sismologia) e no

estudo das propriedades dos solos a partir de medições. Deste último ponto

encarrega-se a área da Geofísica.

2.1. Métodos Geofísicos

A Geofísica é a ciência que estuda a estrutura, composição e dinâmica do

planeta Terra sob a ótica da física. Compreende, portanto, uma parte do domínio da

Física- medição de grandezas- e outra do domínio da Geologia- ao nível da

interpretação- para que haja uma boa análise dos resultados.(Sousa, Vasco Mendes

de. 1945)

Os métodos geofísicos têm recebido grande credibilidade devido ao facto de

serem métodos rápidos, económicos e não destrutivos.

Os métodos geofísicos permitem avaliar as condições geológicas locais através

dos contrastes existentes nas propriedades físicas dos materias na subsuperfície

terrestre. Estas diferenças podem ser a nível da condutividade ou resistividade

elétrica, magnetismo, densidade, etc. Estes fatores podem estar relacionados com as

diferenciações litológicas e outras heterogeneidades naturais. (“Solos/ áreas

contaminadas”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013)


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Uma das principais vantagens da aplicação das técnicas geofísicas em relação

aos métodos tradicionais de investigação, como por exemplo as sondagens, é a

rapidez na avaliação de grandes áreas com custo relativamente menor. São rápidos,

económicos e não destrutivos.

Existem diversos métodos geofísicos para o estudo indireto do interior da

Terra, no entanto, aquele que vai ser mais frisado é o método da resistividade

elétrica.

2.1.1. Método da resistividade elétrica

Como o nome indica este método consiste na comparação dos valores de

resistividade em diferentes partes do solo.

A resistividade, ou resistência elétrica específica, é uma propriedade de um

material que expressa a maior ou menor resistência que este opõe ao ser atravessado

por corrente elétrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o

material permite a passagem de uma corrente, ou seja, maior é a condutividade

elétrica.

O método da resistividade elétrica é muito utilizado na deteção e

mapeamento de plumas de contaminação no solo e na averiguação das variações

litológicas num local.

Este método baseia-se no estudo do potencial elétrico de campos elétricos

artificialmente provocados com recurso a um resistivímetro. Estes campos são

criados a partir da injeção de uma corrente elétrica no terreno.Para a sua conceção

são necessários quatro elétrodos ligados ao resistivímetro, que serão colocados na

superfície do terreno a distâncias combinadas. Dois deles serão responsáveis pela

passagem de uma corrente elétrica a uma determinada intensidade, sendo esta

emitida pelo gerador de corrente elétrica, e os outros dois medem a diferença de

potencial. (“Resistividade eléctrica”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013)

A partir das medições do potencial elétrico efetuadas na superfície terrestre é

possível o reconhecimento de estruturas geológicas a uma profundidade considerável

(na ordem dos 500 metros). (Sousa, Vasco Mendes de. 1945)


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2.1.1.1. Resistivímetro

O resistivímetro é um equipamento geofísico que pode ser utilizado em

qualquer terreno onde seja permitida a introdução de elétrodos. Este aparelho é

responsável pela emissão de corrente elétrica, numa intensidade controlada, entre

os elétrodos dispostos no solomedindo a resistência elétricanesse mesmo trajeto

marcado. (“Resistivímetro”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013)

Figura 1- Resistivímetro

A partir da resistência elétrica é possível determinar a resistividade.

2.1.1.2.Configurações de Wenner e de Schlumberger

Duas das configurações que a disposição dos elétrodos podem tomar, no

método da resistividade elétrica, são a de Wenner e a de Schlumberger.

Na configuração de Wenner a distâncias entre os elétrodos de corrente

(interiores) e os elétrodos de potencial (exteriores) não varia.

Pelo contrário, na configuração de Schlumberger, a distância entre os

elétrodos interiores e os exteriores varia permitindo que as medições se efetuem a


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maior profundidade conforme o maior afastamento dos elétrodos de potencial.

(“Métodos geofísicos ”.Acedido entre Setembro/Outubro de 2013)

Figura 2- Planificação dos elétrodos recorrendo ao método de Wenner

Figura 3- Disposição dos elétrodos recorrendo ao método de Schlumberger

2.1.1.3. Resistência Vs Resistividade

Conhecida a resistência do solo é possível calcular o valor da resistividade a

partir da fórmula:

𝑅 =𝑈

𝐼𝜋 .

𝐵(𝐵 + 𝐴)

𝐴

Onde o quociente entre a diferença de potencial e a intensidade da corrente

é a resistência (valor dado pelo resistivímetro).

Esta fórmula está concebida para a configuração de Schlumberger onde a

distância entre os elétrodo interiores e os exteriores é diferente.


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A resistência e a resistividade estão relacionadas na medida em que uma

depende da outra. São ambas medidas que representam a dificuldade do fluxo de

eletricidade a atravessar um corpo. No entanto, a resistividade é uma propriedade do

material e a resistência é medida em relação a um determinado objeto.

A resistência aparenteé variável com a posição dos elétrodos (conforme estes

estejam mais ou menos afastados) e com a composição e heterogeneidade do

subsolo. (Sousa, Vasco Mendes de. 1945)

2.1.1.4. Variação dos valores de resistividade

A resistência aparente é variável com a posição dos elétrodos (conforme estes

estejam mais ou menos afastados) e com a composição e heterogeneidade do

subsolo. (Sousa, Vasco Mendes de. 1945)

Como já averiguamos, a resistividade é o inverso da condutividade elétrica,

logo nos locais onde existem corpos que conduzem a corrente, os valores de

resistividade vão ser mais baixos.

Os metais são frequentemente utilizados como corpos condutores de corrente

elétrica e partindo do conceito que existem metais na crusta terrestre podemos

averiguar que existirá condução da corrente devido á sua existência. As soluções

eletrolíticas também conduzem a corrente elétrica. Nestas soluções as substâncias

encontram-se completamente ionizadas, isto é, apenas existem iões na solução e por

essa razão existe condução elétrica.

Conforme a variação dos valores da resistividade em várias zonas do terreno e

a profundidades distintas, será possível estimar uma possível composição do solo, ou

seja, poderemos inferir os materiais nele existente.

No entanto, sendo um método de estudo indireto onde não existe a

observação objetiva do solo não podemos tirar certezas acerca da sua constituição.


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3. Trabalho de Campo

3.1. Material:

Resistivímetro;

Cabos de ligação;

Elétrodos;

Martelo;

Fita-métrica;

Estacas;

Luneta de topografia;

Bandeiras de sinalização;

Elásticos.

3.2. Procedimento:

1) Preparou-se o terreno recorrendo a um corta-relva;

2) Para a criação de uma malha quadrada no terreno, piquetagem, em cujos nós

seriam realizadas as medições geoeléctricas, efetuaram-se as medições necessárias

com o auxílio da luneta de topografia para que estas fossem rigorosas e corretas;

3) O campo experimental, que possuía uma área de 400m2, foi dividido em dois

campos retangulares de dimensões 20x10 metros;


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4) Colocaram-se estacas no terreno e a elas foram presos elásticos, de forma a

delimitar a zona de medição, e dividindo o espaço em várias filas;

5) Colocaram-se bandeiras de sinalização ao longo do elástico com o

espaçamento de 2m entre cada uma delas; As bandeiras sinalizavam o local a partir

do qual se iam fazer as medições e iriam servir de marco para a colocação dos

elétrodos;

6) Inseriram-se 4 elétrodos em linha reta com distância constante entre eles

(fig.1), sendo que a distância entre os elétrodos interiores era de 0,25m e a dos

elétrodos exteriores era de 1,25m;

7) Preparou-se o resistivímetro tendo sido utilizada uma intensidade de corrente

constante de 0,5mA;

8) Estabeleceu-se ligação entre o e o resistivímetro e os quatro elétrodos

recorrendo a cabos de ligação;

9) Ligou-se o Resistivímetro para induzir uma corrente elétrica;

10) Registou-se numa folha de cálculo o valor da resistência do solo calculada

pelo resistivímetro;

20 metros

10 metros

2 metros


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11) Calculou-se a resistividade recorrendo à fórmula:

𝑅 =𝑈

𝐼𝜋.

1.25(1.25 + 0.25)

0.25

(“Medição da Resistividade”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013)

(“FEUP Resistividade”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013)

Figura 4- Configuração de Schlumberger com os

respetivos comprimentos


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4. Resultados

Figura 5- Gráfico a três dimensões construído a partir dos valores de resistividade

calculados no trabalho de campo

Figura 6- Mapa de isolinhas que representa os pontos no solo que possuem o mesmo valor de

resistividade (mapa de isoresistividade).


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A partir dos dados recolhidos durante o trabalho de campo foi possível

reproduzir um gráfico a três dimensões, que representa os níveis de resistividade em

diferentes pontos do solo, e um segundo gráfico de isolinhas que representam as

linhas de iso-resistividade (pontos no solo com os mesmo valores de resistividade).

O gráfico foi concebido no software Surfer 8 e o método de interpolação utilizado

foi o de Krigagem. A grelha tem 20 linhas e 40 colunas e um espaçamento de 0.5 x

0.5 cm. O esquema de cores é o Geology.


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5. Discussão e conclusão

Estudou-se, inicialmente, o método da resistividade elétrica no seu domínio

teórico, analisando as condições de aplicação, vantagens e limitações e aprendemos

a trabalhar com o resistivímetro que foi um aparelho essencial na elaboração do

trabalho de campo. Partiu-se de seguida para a realização prática do projeto, que

consistiu na definição dos limites territoriais sujeitos a análise. Como foi referido no

conteúdo teórico deste relatório, os objetivos do trabalho consistiam no mapeamento

do campo geofísico da FEUP pelo método da resistividade elétrica. Como abordamos

no conteúdo teórico, os níveis de resistividade no solo variam conforme a composição

deste e por essa razão, antes de realizarmos o trabalho de campo, conseguimos

prever que iriam existir oscilações nos valores devido não só à constituição do solo

mas também da sua humidade.

Para que a corrente elétrica seja conduzida no solo é necessário a existência

de materiais condutores (como os metais, por exemplo) ou de soluções eletrolíticas,

onde há o movimento de iões em solução. Quanto maior for a condutividade elétrica

menor será a resistividade visto que uma é o inverso da outra como já foi referido.

Com base nos resultados recolhidos pela equipa podemos observar grandes

amplitudes de valores de resistividade. Por um lado, para as coordenadas 2<X<6 e

0<Y<4; 10<X<12 e 0<Y<4, os valores da resistividade revelam ser de caráter reduzido

(<135 ohm/m) o que permite deduzir que nas referidas áreas do terreno a

condutividade dos materiais é elevada estando implícita uma possível existência de

substâncias metálicas.

Em contraste, nas zonas correspondentesa 6<X<10 e 2<Y<8; 12<X<20 e 2<Y<6,

a resistividade elétrica ostenta valores elevados (>185 ohm/m) revelando a

existência de componentes de natureza não-metálica.

No entanto, para as coordenadas X=2 e 4<Y<8; 10<X<14 e 7<Y<10 a

resistividade apresenta valores intermédios (entre 135 e 185 ohm/m), podendo aferir

que os materiais presentes no subsolo nas zonas referidas possuirão índices de

condutividade elétrica intermédios.


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6. Bibliografia

(“Medição da Resistividade”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013.

“http://www.osetoreletrico.com.br/web/documentos/fasciculos/Ed71_fasc_aterram

entos_cap12.pdf”.

(“FEUP Resistividade”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013.

“http://paginas.fe.up.pt/~ee94056/RelatorioFinalcap4_5_6.pdf”.

(Sousa, Vasco Mendes de. 1945. “A prospecção eléctrica do sub-solo pelo método da

resistividade aparente”. Lisboa: Jorge Fernandes. 622.1/SOUv/PRO. Acedido em

Setembro/Outubro de 2013. 000020419)

(“Resistividade eléctrica”. Acedido entre Setembro/Outubro de

2013.“http://www.academia.edu/312478/Metodos_de_resistividade_electrica_aplica

dos_ao_estudo_de_monumentos_megaliticos_o_Dolmen_de_Picoto_do_Vasco”).

(“Métodos geofísicos ”.Acedido entre Setembro/Outubro de

2013.“http://geo.web.ua.pt/index.php?option=com_content&view=article&id=164:m

etodos-electricos&catid=36:metodos-geofisicos&Itemid=60”)

(“Resistivímetro”. Acedido entre Setembro/Outubro de 2013.

“http://www.nilsson.com.br/atuacao.php?item=3”)

(“Contaminações do solo” . Acedido entre Setembro/Outubro de

2013.http://www.cetesb.sp.gov.br/Solo/areas_contaminadas/anexos/download/620

0.pdf)

(“Resistivímetro”. Acedido entre Setembro/Outubro de

2013.”http://www.google.pt/imgres?imgurl=http://www.alphageofisica.com.br/agiu

sa/superstingr8_new.jpg&imgrefurl=http://www.alphageofisica.com.br/agiusa/super

sting.htm&h=300&w=400&sz=13&tbnid=H9eES0ewi5dWuM:&tbnh=90&tbnw=120&zoo

m=1&usg=__Pihnm-

JbJUxA1dIXHJuNSwVduhQ=&docid=ky9em4Hbq7Xm2M&sa=X&ei=F9pyUpTLOIGp7AaG5

oCIDA&ved=0CEEQ9QEwAQ”.)


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7. Anexos

7.1. Tabela dos dados

Coordenada X (M) Coordenadas Y (M) Resistividade (Ω/m) Resistência(Ω)

0 0 119,3 8,68

2 0 142,3 10,35

4 0 128,2 9,33

6 0 150,8 10,97

8 0 122,7 8,93

10 0 139,8 10,17

12 0 116,1 8,45

14 0 118,2 8,6

16 0 129,7 9,44

18 0 100,1 7,28

20 0 135,5 9,86

0 2 158,8 11,55

2 2 108,2 7,87

4 2 105,7 7,65

6 2 104,6 7,61

8 2 137,6 10,01

10 2 162,3 11,81

12 2 121,4 8,85

14 2 189,3 13,77

16 2 144,9 12,54

18 2 138,8 12,1

20 2 141,2 15,27

0 4 153,5 11,17

2 4 149,9 10,91

4 4 117,4 8,54

6 4 129,6 9,43

8 4 240,9 17,53

10 4 134,2 13,4

12 4 144,2 10,49

14 4 205,3 14,94

16 4 184,6 13,43

18 4 167,9 12,22

20 4 136,5 9,93

0 6 140,5 10,08

2 6 173,5 10,22

4 6 150,4 12,62

6 6 193,8 10,94

8 6 185,4 14,1

10 6 178,9 13,49


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12 6 190,5 13,02

14 6 207,3 13,86

16 6 215,5 15,68

18 6 212,5 15,46

20 6 173,6 12,63

0 8 141 10,26

2 8 150,2 10,93

4 8 119,9 8,72

6 8 153,9 11,2

8 8 175,2 12,75

10 8 152,9 11,13

12 8 147,1 10,7

14 8 160,8 11,7

16 8 175,9 12,8

18 8 158,6 11,54

20 8 106,9 7,78

0 10 130 9,46

2 10 146,4 10,65

4 10 150,4 10,94

6 10 163,8 11,92

8 10 192,3 13,99

10 10 178,4 12,98

12 10 127,4 9,27

14 10 165,8 12,06

16 10 190,6 13,87

18 10 193,4 14,07

20 10 152,2 11,07


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7.2. Exemplo de cálculo:

𝑅 =𝑈

𝐼𝜋.

𝐵(𝐵 + 𝐴)

𝐴

Cálculo da resistividade para a coordenada (0,0)

Resistência = 8,68

A=0,25

B = 1,25

≤≥ 𝑅 = 8,68 ∏. 1,25(1,25 + 0,5)/0,50

≤≥ R=8,68𝜋 . 4,375

≤≥R=119,3 ohm/m

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