Rev. IG. São Paulo, 16(1/2),59-66, jan.ldez.l1995

VIBROTESTEMUNHADOR LEVE: CONSTRUÇÃO, UTILIZAÇÃOE POTENCIALIDADES

Louis MARTINJean-Marie FLEXORKenitiro SUGUIO

RESUMO

É bastante difícil obter testemunhos não-perturbados ou com mínima perturbação dedepósitos sedimentares moles, principalmente de idade quatemária. Por outro lado, detalhesde estruturas primárias devem ser preservados tomando factível reconstruir, tão perfeitosquanto possível, seus ambientes de sedimentação. Um vibrotestemunhador muito leve ebarato, adequadamente usado para sedimentos argilo-arenosos e orgânicos, como depósitosde fundo de baía, lacustres ou lagunares, é aqui descrito.

ABSTRACT

, Undisturbed or minimally disturbed cores are very hardly obtainable from soft sedimen-tary deposits, most1y of Quatemary age. On the other hand, details of primary structuresmust be preserved making possible to reconstruct, as perfect as possible, their sedimentaryenvironments. A very light and cheap vibracorer, suitably used for coring clayey-sandy orga-nic sediments, like bay-bottom, lacustrine or lagoonal deposits, is here described.

1 INTRODUÇÃO

A amostragem à vibração tem resolvido,em grande parte, o problema de obtenção detestemunhos não perturbados em sedimentosmoles e freqüentemente saturados em água.Hoje em dia, testemun.hoscom até mais de 10mpodem ser obtidos sem grandes dificuldades.

O vibrotestemunhador aqui descrito foiconstruído na década de 80 nas oficinas doObservatório Nacional (CNPq) no Rio deJaneiro, tendo sido inicialmente usado na amos-tragemde subsuperfície de várias planícies cos-teiras brasileiras. Foram coletados. testemunhosde depósitos, principalmente paleolagunares, nasdesembocaduras dos rios Paraíba do Sul (RJ),Doce (ES) e Jequitinhonha (BA). Alguns teste-munhos foram obtidos nas planícies costeirasdos Estados do Paraná e Santa Catarina. Foitambém testemunhada, ainda na zona litorânea, amaioria das lagunas da costa norte-fluminense.

A seguir foi também usado no interior con-tinental, nas regiões de Carajás (PA), Brasília(DF), Salitre (MG), Cromínia (GO), São Simão(SP) e no Parque Florestal do Rio Doce (MG).Desta maneira, quase 400 testemunhos comcomprimentos variáveis entre 3 e 4m até poucomais de 8m foram coletados no Brasil (FotoslA-IC).

Outros testemunhadores idênticos foramconstruídos e usados com sucesso na Bolívia,no Peru e na Güiana Francesa, na América doSul, no Congo e na República dos Camarões,na África e também na Indonésia.

Este equipamento baseia-se no vibroteste-munhador idealizado por LANESKY at alo(1979). Algumas modificações e adaptaçõesforam feitas no modelo original, para melhoraro seu funcionamento. O equipamento, na ver-são aqui apresentada, pode ser transportado porum veículo leve e colocado em operação porapenas duas pessoas. Além disso, para permitira testemunhagem subaquática, foi construídauma plataforma flutuante e desmontável, quepode ser facilmente transportada sobre umpequeno reboque.

A operação completa de testemunhagemem terra firme, incluindo a montagem e des-montagem do equipamento, dependendo dafacilidade ou não de acesso, consome no míni-mo uma hora. Para operação em água, após amontagem da plataforma, que consome tam-bém cerca de uma hora, "conforme as facilida-des de deslocamento entre os pontos de amos-tragem, podem ser obtidos até no máximo deztestemunhos pordia.

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Finalmente, todos os materiais necessáriosà construção deste pequeno vibrotestemunha-dor podem ser encontrados por aproximada-mente R$ 2.000,00 (dois mil reais).

2 CONSTRUÇÃO DOVIBROTESTEMUNHADOR

2.1 Descrição do material utilizado

a) Vibrador - Trata-se de um equipamentousado em construção civil para homogeneiza-ção de concreto. Entre as variedades existentesno comércio, pode ser usado o vibrador com 30cm de comprimento e 4cm de diâmetro, ligadoa um motor por dois cabos flexíveis de 5m decomprimento. Para testemunhos com compri-mento superior a 10m é necessário conectar umoutro cabo. Porém, neste caso o vibradorperdea sua potência, sendo preferível levantar omotor, apoiando-o, por exemplo, ao tripé usadopara retirar o testemunho.

b) Motor - LANESKY et aI. (op.cit.) utili-zaram um motor de 7 HP e 3.600 RPM, produ-zindo cerca de 10.000 vibrações por minuto.Por questões de tamanho e peso optou-se. porum motor "Montgomery" de 3,4 HP e 3.600RPM, que fornece o mesmo número de vibra-ções. Em geral, o motor de menor potência nãotem causado problemas, mas, provavelmente,em situações de penetração mais difícil, ummotor mais potente permitiria a manutenção dataxa de rotação, possibilitando, além disso, oreinício de uma testemunhagem interrompida.Foi.usado um motor a gasolina, pois os motoresa óleo "diesel", existentes no comércio, sãomuito pesados e, em locais de difícil acesso,podem causar problemas intransponíveis.

c) Tubo de testemunhagem - LANESKYet. a!. (op. cit.) utilizaram inicialmente tubo deaço contendo camisa de tubo de PVC, onde otestemunho era recolhido. Provavelmente porrazões operacionais, passaram a usar tubos dealumínio que serviam simultaneamente para arecepção e acondicionamento do testemunho.Naturalmente, esta solução implica a utilizaçãode um tubo para cada testemunho, parecendo, àprimeira vista, antieconômico. Entretanto, aexperiência mostrou que esta é, sob todos ospontos de vista, a melhor solução. No caso empauta foram usados tubos de alumínio de 6m decomprimento, 7,5cm de diâmetro interno eparede com 1,1 a 2mm de espessura, dependen-do da disponibilidade no comércio. Os de pare-des mais finas são muitos frágeis e podem que-brar durante a retirada de testemunhos maislongos, sendo, entretanto, perfeitamente ade-quados para testemunhos de até 6m de compri-mento. O comprimento padrão de 6m é devido

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exclusivamente a razões práticas, pois é nor-malmente encontrado no comércio e pode serfacilmente transportado por grandes distâncias.Entretanto, em casos especiais é possível utili-zar tubos de 9 a 12m, que devem ser especial-mente encomendados ao fabricante.

Na prática, para testemunhos de mais de 6m,foi desenvolvido um sistema de conexão de doisou mais tubos, assegurando a transmissão dasvibrações (Fig. 1).Para este fim, na extremidadede um dos tubos é feita uma abertura longitudinalde cerca de 50cm de comprimento, que permiteencaixar firmemente o outro tubo. Para evitar aperda do tubo inferior, durante o processo deextração da amostra, recomenda-se a colocaçãode duas fileiras de rebites no local da conexão. Àprimeira vista, penetrar no solo com o primeirotubo, para depois conectar a sua extremidadesuperior com o segundo tubo, parece ser maissimples. Entretanto, a experiência demonstrouque o reinício de uma operação interrompida émuito difícil e, na maioria das vezes, quaseimpossível. Provavelmente um motor maispotente talvez permitiria a retomada do processo.Deste modo, não deve haver interrupção durantea operação e para isto a conexão dos tubos deveser feita previamente. A experiência mostroutambém'que a traris~ssão das vibraçõesera maiseficiente quando o tubo aberto longitudinalmenteera colocado na parte inferior; com o tubo supe-rior nele encaixado. Foi possível obter, destemodo, um testemunhocom quase 11m, conectan-do-se quatro seções de tubo de 3,2m.

2.2 Peças a serem fabricadas

a) Peça de fixação do vibrador sobre o tubode amostragem - A conexão entre o vibrador eo tubo deve ser a melhor possível a fim deobter a máxima eficiência na transmissão dasvibrações. O sistema utilizado consta de umabraçadeira de aço composta de dois semi-anéisde 5 mm de espessura fixada na extremidade dotubo por meio de parafusos e porcas. O vibra-dor é então preso a esta braçadeira por meio deduas sapatas em forma de "u" com 5 mm deespessura (Fig. 2). O conjunto, firmementeparafusado, deve ser muito resistente para evi-tar a sua ruptura durante a.testemunhagem.

b) Pistão ~ Nas primeiras operações foiusado um pistão; entretanto vários testes mostra-ram que, na maioriados casos, ele não trazia van-tagens apreciáveis e, além disso, até dificultava atestemunhagem. Porém, em certas situações, opistão pode desempenhar uma função importanteevitando que o testemunho escorregue dentro dotubo durante a sua retirada. Em terra firme, pode-se obter o mesmo resultado vedando-se a extre-

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midade superior do tubo e, quando não estivercheio até a boca com sedimento, completando oespaço vaiio com água. No caso de testemunha-gem subaquáticapode haver dificuldadena veda-

tA

ção da extremidade superior do tubo e, nestecaso, o uso de pistão pode tomar-se imprescindí-vel. De qualquer modo, o trabalho de campodeverá indicaro procedimentomais adequado.

1B

1Ç

FOTOS IA, IB E IC - FOTO IA - Vibrotestemunhador em posição de operação na turfeira de Jacareí; comtubo de alumínio de,10m de comprimento. FOTO IB - Preparativos para testemunhagem em lago, usando-seplataforma flutuante, na região de Serra Negra (Patrocínio, MG). FOTO IC - Trecho de IlOcm de sedimen-to carbonáticotestemunhadono BrejodoEspinho(CaboFrio,RJ). .'

-//-

TUBO SUPERIOR

(INTERNO)

REBITES

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I...Q

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~ABERTURA NO TUBO

INFERIOR (EXTERNO)

TUBO INFERIOR

(EXTERNO)

-//-

BRAÇADEIRA PRINCIPAL FIXADA

SOBRE O TUBO DE ALUM(NID

FIG.I - CONEXÃO DE 2 ELEMENTOS

DE TUBOS DE ALUMíNIO

VI BRADOR

BRAÇADEIRA PRINCIPAL

FIGURA 2 - Fixação do vibrador sobre o tubo dealumínio.

c) Cortador e "aranha" - No caso em pautarecomenda-se não fixar o cortador e a "aranha"na extremidade inferior do tubo, como ocorrecom o testemunhador Kullenberg. De fato, afragilidade do tubo de alumínio não permit.e orosqueamento do cortador e, por outro lado, aconexão feita por parafusos dificultaria a trans-missão das vibrações e, portanto, a penetração.Se houver necessidade do uso de cortador, estapeça deve estar firmemente encaixada na extre-midade do tubo. Por outro lado, em certoscasos, mesmo com a extremidade superior dotubo vedada, pode ainda ocorrer o deslizamentodo testemunho no interior do tubo e, neste caso,pode-se empregar a "aranha" presa por rebitediretamente ,na extremidade do tubo (Fig. 3).Quando a espessura da camada de sedimentosfor inferior ao comprimento do tubo e acha-sesuperposta a um substrato mais endurecido,pode-se impedir o escape do testemunho enta-lhando-se, na extremidade inferior do tubo,5aliênciasdenteadas que se dobrarão em contatocom o substrato, fechando a extremidade dotubo (Fig. 3).

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3 OPERAÇÃO DE TESTEMUNHAGEM

Pode-se manter o tubo de testemunhagemna vertical, durante a sua penetração, sem umaestrutura de apoio. Entretanto, salvo no caso deargila muito mole, não se consegue retirarmanualmente o tubo. Deste modo, pode-se uti-lizar uma.talha, que deverá estar presa em umaestrutura fixa e na extremidélde superior dotubo. Isto torna indispensável a construção. deuma pequena torre para testemunhagem.

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CRAVAÇÃO

ç;:;:'II~NHA ABERTA~ ARANHAFECHA~

ARRANCAMENTO

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TUBO

5em+

SUBSTRATODURO

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DENTESDOBRADOS

FIGURA 3 - Sistemas de retenção de sedimentosmoles no tubo de alumínio no momento do arran-camento.

a) Torre - É composta por uma espécie detripé, formado por dois perfis de alumínio rígi-do e por uma escada. De fato, verificou-se afreqüente necessidade de subir na torre. As trêspeças são reunidas na parte superior por umapeça de junção, na qual se prende a talha.Tendo em vista a força intensa a ser exercidapela talha durante a retirada do tubo, especial-mente em sedimentos compactados, é necessá-rio que a peça de junção seja muito resistente(Fig. 4b). Para suportar o esforço exigido, aspernas e a escada do tripé são constituídas porperfis quadrados de alumínio de 6 cm de lado.A fim de permitir uma boa estabilidade do con-junto, os pés são fixados sobre placas presas nosolo por hastes pontiagudas (pregos) de cercade 50 cm. A fixação dos pés sobre as placas éfeita por meio de um eixo que permite a suamovimentação no mesmo plano facilitando amontagem da torre (Fig. 4a).

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S/ATA

TRIPÉ

PERNA./

~.. ~, ,,,,. .-GA~:~O(TALHA) ..

b) DETALHE DA PEÇA DEJUNÇÃO REFORÇADA

FIGURA 4 - Tripé.

PREGOS Áa) DETALHE SAPATA

BiA DE AÇODE 2 em

PE~

c) DETALHE DA PEÇA DEJUNÇÃO LEVE

A junção dos diversos elementos do tripé éfeita horizontalmehte no chão. As duas pernassão fixadas sobre as placas que, por sua vez,são fixadas ao solo. Uma vez que o conjuntoesteja reunido pela peça de junção, com a esca-da livre, pode-se facilmente levantar o tripé haposição vertical (Fig. 5).

PEÇA DE JUNÇÃO

P'RNA \ .,,",OA

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FIGURA 5 - Montagem do tripé.

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b) Colocação do tubo de testemunhagem -Após ter erguido a torre, fixa-se o vibrador emuma das extremidades do tubo de testemunha-gem, encostando-o, em seguida, 'no tripé. Para

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tubos de comprimento igual ou inferior a 6 mpode-se operar da seguinte maneira: coloca-se aextremidade do tubo, conectada ao vibrad9r,sobre o topo do tripé, fazendo-o escorregar atéque atinja a posição vertical e mantê-lo nestaposição, prendendo-o no topo da torre com umacorda. Duas pessoas são suficientes para reali-zar esta operação pois, enquanto um dos opera-dores empurra o tubo para cima, o outro, emcima da torre, puxa a outra extremidade e pren-de-a na torre (Fig. 6a).

\ VIBRADOR

@ Y TUBO DE 6 m

/

TUBO DE 911 12m

~ ''''~''

FIGURA 6 - Colocação em posição vertical do tubode testemunhagem.

Quando se deseja obter testemunhos de 10a 12 m de comprimento, a fim de evitar que opeso do tubo flexível do vibrador provoque aruptura do tubo testemunhador, o primeiro éenrolado em todo o comprimento do segundo,cuja extremidade inferior é alojada em umburaco de cerca de 50 cm de profundidade, nolocal onde será executada a testemunhagem.Um dos operadores deverá manter esta extremi-dade no buraco, enquanto o segundo levantaráo tubo deslocando-o rumo à torre até colocá-loverticalmente contra o tripé. Esta operaçãopoderá ser facilitada por um terceiro operadorque, instalado na escada sobre a torre, puxará otub~ com uma corda (Fig. 6b).

c) Penetração do tubo de testemunhagem -Com certa freqüência, mesmo com o motorfuncionando normalmente, pode ocorrer que ovibrador não entre em funcionamento sendo,

para isso, necessário percutir ô vibrador oumesmo o tubo testemunhador. Uma vez inicia-da a vibração, o tubo começa a penetrar nosedimento que, quando mole, termina em ques-tão de alguns segundos. Porém, em sedimentosmais consolidados deve-se exercer um pesoadicional sobre o tubo. Para este fim fixa-seuma corda por meio de um nó, que impede oseu deslizamento e um ou dois operadores exer-cem 'um peso adicional para baixo. Quandohouver muita dificuldade na penetração reco-menda-se a interrupção da testemunhagem,pois a sua extração do solo pode ficar difícil oumesmo impossível. Por outro lado, emsedi-mentos muito moles, mesmo quando a penetra-ção manual é muito fácil, recomenda-se o usodo vibrotestemunhador para recuperação deuma amostra menos deformada possível.

d) Extração do tubo de testemunhagem -Excetuando-se os casos de sedimentos muitomoles, a extração do tubo é realizada utilizan-do-se uma talha com capacidade para 1 a 1,5tonopresa no topo da torre. Em sedimentos con-solidados, a tração exercida para a extração dotubo é considerável, de modo que a peça dejunção do tripé deve ser reforçada. Por meio deunia corda de "nylon" de 2 cm de diâmetro faz-se um nó em volta do tubo testemunhador,prendendo-o no gancho da corrente da talha.Recomenda-se deixar instalada a braçadeira defixação do vibrador, que imperdirá o desliza-mento da corda. Deste modo, retiram-se 2 a 3mdo tubo e, deslocando-se o nó para baixo~reini-cia-se a operação até a extração completa.

Quando a extremidade superior do tuboultrapassar o topo do tripé, pode-se prendê-locom um laço ao tripé a fim de mantê-lo na posi-ção vertical até a extração total. No caso em quea extração venha a tornar-se difícil, senãoimpossível, pode-se fazer funcionar o vibradorpor alguns segundos, ao mesmo tempo em quese vai acionando a talha. Entretanto, na ausênciade "aranha" na extremidade inferior do tubo detestemunhagem pode ocorrer perda de sedimen-tos. A partir do momento em que a retirada dotubo estiver assegurada, o vibrador deve serremovido para facilitar as demais operações.Finalmente, recomenda-se iniciar a extração dotubo imediatamente após a penetração, pois apressão exercida pelos sedimentos penetradossobre o tubo tende a aumentar, dificultandosobremaneira a extração do testemunho.

e) Acondicionamento do testemunho - Eleé, em geral, conservado dentro do tubo de alu-mínio com as extremidades vedadas. Segundo aconveniência de transporte, o testemunho pode-rá ser deixado inteiro ou cortado em váriasseções :!tais curtas. Em geral, a retirada do tes-

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temunho é feita serrando-se longitudinalmente.otubo de amostragem em laboratório, quando otubo de alumínio é inutilizado. Porém, quando sedeseja visualizar "in situ" a seqüência perfuradaou pretende-se reaproveitar o tubo de alumínio, aretirada do sedimento pode ser promovida fun-cionando-se o vibrador com o tubo inclinado decerca de 45°, acondicionando-se ou não a amos-tra extraída em caixa alongada de madeira.

4 RENDIMENTO DOVIBROTESTEMUNHADOR

Em sedimentos pouco compactados (tur-fas, argilas lacustres ou lagunares, etc.) a pene-tração de um tubo de 10 a 12m não apresenta,em geral, quaisquer problemas e a recuperaçãodeverá ser de praticamente 100%.

A penetração bem como a recuperação têmsido excelentes em areias médias úmidas mas,por outro lado, em areias grossas secas ou úmi-das a penetração é geralmente difícil e a recu-peração é sofrível.

A experiência mostrou que seria possívelmelhorar a penetração nas areias variando-se afreqüência das vibrações com a velocidade derotação do motor.

Sedimentos saturados em água contendofragmentos de madeira podem ser atravessadospelo tubo de testemunhagem sem dificuldades.Porém, pode ocorrer o bloqueio do tubo por umtronco maior e, neste caso, a única solução con-siste no deslocamento do tripé e reinício da tes-temunhagem.

Em sedimentos argilosos podem ocorrerdificuldades dos seguintes tipos:

a) Sendo a argila em perfuração muito con-solidada poderá ocorrer uma espécie de estran-gulamento do furo impedindo a vibração daextremidade do tubo. O recurso consiste noaumento do diâmetro do furo, que pode serconseguido fixando-se, na extremidade do tubo,uma coroa alargadora de 2 a 3cm de altura.

b) A argila não penetra no tubo, formando-se uma espécie de tampão, que pode tornar arecuperação muito difícil mesmo com penetra-ção total. Para resolver este problema, pode-sefixar um tipo de coroa semelhante ao anterior,porém internamente,ao tubo, tendo, neste caso,um diâmetro ligeiramente inferior ao tubo, masa penetração do sedimento ficará facilitada.

5 TESTEMUNHAGEM SUBAQUÁTICA

Para obtenção de testemunhos subaquáti-cos foi construída uma pequena plataforma flu-tuante, que pode ser rebocada por um barcocom motor de popa. Esta plataforma é compos-ta de dois flutuadores laterais, de 4,5m de com-

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primento."e,r45cmde diâm~tro, constituídos detubos de HYC, com as extremidades vedadas.

Uma'gl\ade metálica antiderrapante, presa adois perfis de alumínio, é colocada sobre osflu-tuadoresie!.io.conjuntoé fixado por meio de' bra-çadeiras{envolvendoos tubos de PVC. Os flu-tuadores~sãounidos por meio de duas travessasde 50cm<:lelargura recobertas também por umagrade metálica. O tripé é então instalado sobrea plataforma (Fig. 7).

OBS' MEDIDASEM METROS

~I ~I ~

3.00

tJo.~ol

2.00

GRADE

~ TUBO DE ALUMíNIO

T

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UBO DE PVC(~4~cm)BRAÇADEIRA

FIGURA 7 - Plataforma flutuante com o tripé.

Em profundidades de 3 a 4m de lâminade água; a testemunhagem é relativamentesimples", pois o tubo de testemunhagem ficaparcialmente fora da água e a operação podeser controlada, se necessário, podendo-seexercer';lambém um peso adicional sobre otubo. Entretanto, com 5 a 10m de lâmina deágua, a operação é mais complicada, pois nãose podel;,controlar a penetração a partir dasuperfície. Em caso de necessidade de pesoadicion'aH pode-se encaixar um outro tubo dealumínio"na extremidade superior do tubo detestem'l.Ylhagem. Porém, em sedimentosmoleslftJram obtidos testemunhos de 8m decomprimento em áreas com 8 a 10m de lâmi-na 'deáfgua, sem a necessidade de tubo adi-cionaL

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Em profundidades inferiores a cerca de 1m,pode-se instalar diretamente a plataforma nofundo.e suspendero motor na porção superior datorre.

6 ABERTURA DE TESTEMUNHO EMLABORATÓRIO

O tubo de.testemunhagem é cortado emseções de 1m que, por sua vez, serão abertaslongitudirialmenteao meio por unia serra circu-lar portátil, munida de lâmina para cortar metais.Esta operação é executada com as seções instala-das em caixa de madeira especialmente concebi- .da para este fim, onde existem guias que orien-tam os.movimentos da serra, permitindo o seudeslocamento mais ou menos retilíneo ao longodo tubo (Fig. 8). A altura da lâmina é reguladade modo a cortar unicamente a parede do tubode alumínio sem penetrar no sedimento. Quandoum dos lados estiver serrado, gira-se o tubo de

1800ao longo do seu comprimento, cortando-seo outro lado. Em seguida, passa-se um fio de açoou "nylon" ao longo do testemunho e seguindo ocorte da serra, de modo que o testemunho fiquedivididoem dois semicilindros..

7 CONCLUSÕES

Este testemunhador, de construção simplese fácil utilização, além de baixo custo, pode seroperado por apenas duas pessoas e constitui-se,sem dúvida, em um dos melhores equipamen-tos atualmente disponíveis para testemunha-

. gem de sedimentos inconsolidados. Teste-munhos de mais de .10m de comprimento, desedimentos moles e freqüentemente saturadosem água, podem ser obtidos. Por outro lado, odiâmetro relativamente grande dos testemu-nhos permite recuperar quantidade suficientede amostra para quase todas as análises labora-toriais, de uso mais difundido, nesses casos.

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TESTEMUNHO

CALÇO

FIGURA 8 - Caixa;para abertura dos segmentos de testemunho de 1m de comprimento.

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8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LANESKY, D.E.; LOGAN, B.W.; BROWN,

R.G.; 1llNE, A.C. 1979.A new approachto

portable vibracoring underwater and on

land.Jour.Sed.Petrology,49 (2): 654-657.

Trabalho apresentado oralmente no Il Congresso da Abequa (Associação Brasileira de Estudosdo Quaternário), em 1987, no Rio de Janeiro.

Endereço dos autores:Louis Martin- ORSTOM/Centre de Bondy, Route d' Aulnay, 93143~Bondy-Cedex, Franc.e.Jean-Marie Flexor - Observatório Nadonal/CNPq, Rua José Cristino, 77 - 20.921-030 - Rio de Janeiro, RJ, Brasil.Kenitiro Suguio - Instituto de Geodêndas, USP, Caixa Postal 11348 - 05422-900- São Paulo, SP, Brasil.

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