método de sondagem gpr
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
Felipe Coelho Teixeira
João Paulo Barbosa
MÉTODO DE SONDAGEM – GPR (GROUND PENETRATING RADAR)
PALMAS
2015
GROUND PENETRATING RADAR
INTRODUÇÃO
O Ground Penetrating Radar (GPR), também conhecido, no Brasil, como Georradar, é
um ensaio geofísico ativo, não-intrusivo, que visa analisar a propagação de pulsos
eletromagnéticos em um meio material.
Pulsos eletromagnéticos de curta duração e alta frequência central, geralmente
contemplada na faixa de 1 a 2600 MHz, são repetidamente irradiados para o subsolo
através da antena transmissora. Durante o percurso dos pulsos no sentido descendente,
eles vão perdendo amplitude e, à medida que atingem materiais de propriedades
eletromagnéticas contrastantes entre si, sofrem reflexões, refrações e difrações, sendo,
por consequência, parcialmente captados pela antena receptora. Os sinais recebidos são
amplificados, digitalizados e armazenados, podendo ser processados em uma etapa
posterior. Os dados do GPR são apresentados na forma de radargramas semelhantes aos
sismogramas do método geofísico da Sísmica de Reflexão. Cada posição de medida em
superfície contempla um traço, o qual representa o registro das amplitudes dos sinais
captados a partir da emissão de um único pulso por parte do Georradar, associadas ao
período compreendido entre sua transmissão e captação, denominado tempo de viagem
(time travel). Para visualizar os dados do GPR, podem ser utilizados 2 padrões de
apresentação: wiggle e scan. No primeiro, as amplitudes registradas podem ser
realçadas pelo preenchimento parcial ou total dos traços com uma única cor
(comumente preta), enquanto que, no segundo, este preenchimento é realizado com base
em uma escala de cores (tais como em tons de cinza, colorida, etc.). Conhecendo-se as
velocidades de propagação da onda no meio, pode-se obter, a partir dos tempos das
ondas refletidas identificados no radargrama, a profundidade de cada interface
prospectada.
HISTÓRICO
A tecnologia do GPR foi pouco utilizada até o final da década de 60, devido às
limitações do instrumento. Nesta década, um dos maiores sucessos da prospecção
realizada com o GPR consistiu na sua utilização para determinação da espessura de
placas de gelo no Ártico e na Antártida. Na década de 70, houve uma intensificação das
atividades de pesquisa relacionadas ao método, incentivada pela missão à Lua com a
nave Apollo 17, em 1972, a primeira a que contou com um geólogo na tripulação,
chamado Harrison Schmitt, resultando em novas pesquisas, publicações e aplicações,
iniciando-se, assim, a aplicação de pulsos eletromagnéticos para investigações de
ambientes sem gelo, com o intuito de identificar tubulações enterradas, escavações,
profundidade do lençol d’água, etc.
A partir da década de 80, devido às inovações eletrônicas e computacionais, a utilização
do GPR passou a ser muito mais simples e de menor custo, adquirindo uma significativa
gama de opções no que se refere à aquisição, ao processamento dos dados e, por
consequência, às aplicações, difundindo-se pelo mundo. Estes acontecimentos fizeram
com que o GPR fosse reconhecido como método de investigação geofísica pela
comunidade geocientífica mundial. A aplicação da técnica do GPR, no Brasil, teve seu
início no Centro de Pesquisas da Petrobras em 1994.
FUNCIONAMENTO
Quando um material geológico é submetido a um campo elétrico externo, este provoca
uma diferença de potencial sobre as cargas elétricas livres daquele, as quais adquirem
movimento quase instantâneo até atingir uma velocidade constante, gerando a corrente
de condução. Após a retirada do campo elétrico, as mesmas cargas cessam seu
movimento e mantêm a posição. A corrente de condução implica o efeito Joule, o qual
corresponde ao mecanismo de dissipação de energia, sob a forma de calor, de cargas
elétricas livres submetidas a um campo elétrico e que é provocado pelas colisões entre
as mesmas (apresentando a movimentação adquirida, conforme explicitado
anteriormente) e os átomos do condutor, que resultam em uma maior vibração destes e,
consequentemente, no aquecimento do material. Meios condutivos são, portanto,
inadequados à aplicação do GPR, uma vez que dissipam grande quantidade do sinal
emitido pela antena transmissora, diminuindo consideravelmente a profundidade
máxima de investigação a partir do emprego desta metodologia.
Fenômenos que afetam os sinais do GPR:
Reflexão é o fenômeno que possibilita ao GPR identificar interfaces de diferentes tipos
de solo e/ou rocha. Ocorre quando a onda eletromagnética atinge materiais de
propriedades eletromagnéticas contrastantes entre si.
Atenuação é o fenômeno caracterizado pela diminuição da amplitude da onda conforme
se aumenta a distância ao ponto em que foi gerada, e que depende basicamente do feixe
de energia irradiado pela antena transmissora, da frequência de operação do GPR e,
principalmente, das propriedades eletromagnéticas do meio através do qual a onda se
propaga.
Refração É o fenômeno que confere a cada pulso emitido pela antena transmissora do
GPR a capacidade de atingir mais de um refletor. Assim como a reflexão, a refração
ocorre quando a onda eletromagnética atinge materiais de propriedades
eletromagnéticas contrastantes entre si.
APLICAÇÕES
Dentre as principais aplicações do GPR, podem ser citadas:
Definição da estratigrafia do subsolo;
Identificação do lençol freático;
Inspeção de concreto armado e alvenaria (detecção e mapeamento de armaduras,
tubulações, fiações, defeitos no concreto, etc.);
Verificação das espessuras das diferentes camadas de uma rodovia;
Mapeamentos geológicos (determinação do topo rochoso, das zonas de fraturamento,
da mudança de litologia);
Estimativa do teor de umidade do terreno em subsuperfície;
Localização de feições anômalas enterradas (tubulações, cabos, minas, tanques de
armazenamento, fundações, etc.);
Identificação de cavernas, túneis, galerias enterradas ou qualquer outro vazio
subterrâneo de dimensões significativas;
Batimetria (definição do leito de rios e lagos);
Cubagem em aterros e lixões;
Investigação de contaminantes (orgânicos ou inorgânicos) no solo e na água
subterrânea.
VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DE GPR
A seguir, são apresentadas as principais vantagens e desvantagens da técnica do
Georradar.
Vantagens:
Cobertura de grandes áreas;
Método de rápida execução;
Alta resolução espacial;
Técnica geralmente não-destrutiva.
Desvantagens:
A presença de camadas saturadas e/ou aterros mal compactados reduz fortemente a
capacidade de visualizar a estratigrafia do subsolo com o GPR;
Atenuação das ondas eletromagnéticas em meios condutivos (com, por exemplo,
presença de argila).